摘要:分(fen)析了被測介質電(dian)導率、流速分布與(yǔ)直管段、電極結垢(gou)與附着層、安裝條(tiáo)件和運行環境5方(fāng)面工程因素對電(diàn)磁流量計 準确測(cè)量的影響,提出了(le)提高電磁流量測(cè)量準确的工☀️程對(dui)策。從而保證電磁(cí)流量計在工程應(ying)用中能夠準确💛測(ce)量,使其充分發揮(hui)其計量作用,爲流(liu)量檢測提供可靠(kao)的測量數據.
　　流量(liang)測量廣泛應用于(yú)工農業生産、國防(fang)建設、科學試驗、國(guo)内🏃🏻‍♂️外貿易等各個(gè)領域,然而,流量測(ce)量是一💯項複雜的(de)技術.由于流量是(shì)一個動态量,被測(ce)流體的特性🌈複雜(zá)、測量條件又各不(bú)相同,因此流量測(ce)量的準确可靠性(xing)較難保證.爲了準(zhun)确的測☂️量流量,人(ren)💛們已研究開發出(chu)速度式流量計、容(róng)積流量計、動量📱式(shi)流量計、電磁🏃流量(liang)計、 超聲波流量計(jì) 等幾十種流量計(ji).其中,電磁流量計(jì)以其良好性能,在(zài)✏️諸多⚽領域廣泛采(cai)用.但在實際使用(yong)中,影響流量計精(jing)确測量的因素較(jiao)多♊,經常會出現流(liu)量計本身檢定合(he)格,而實🌏際卻感覺(jiao)計量“不準”的現象(xiang).本文在🏃‍♀️确保電磁(cí)💔流量計本身計量(liàng)檢定合格的基礎(chǔ)上,分析了工程上(shang)影響電磁流量計(ji)測量準确的因素(su),提出了提高電磁(cí)流量計測量準确(que)的工程實施方法(fǎ).
1　影響電磁流量計(jì)準确測量因素
　　電(diàn)磁流量計是根據(ju)法拉第電磁感應(ying)定律來工作的,即(ji)🔴導電💔流體以平均(jun)速度v流過垂直于(yu)流動方向的磁場(chang),其感應電勢🤞E通過(guo)與流體直接接觸(chù)的電極🌐(又稱傳㊙️感(gan)器)檢👅測出來.
E=KBvD　,(1)
式中(zhōng):K爲儀表常數;B爲磁(cí)感應強度(T);v爲流體(tǐ)運動平均⁉️速度🥵(m/s);D爲(wei)🌈管道内徑(m).
當K、B、D确定(dìng)下來後,E與v成正比(bǐ).其工作原理和結(jié)構如圖1所示.根據(jù)流體的體積流量(liàng)公式:
Q=1/4πD2v　,(2)
Q是v的正比函(hán)數,代入公式(1),那麽(me)E也是Q的正比函數(shù),由此,測出了⛷️感應(yīng)電壓E也即測出了(le)介質的體積流量(liàng)Q.

　　電磁流量(liàng)計由流量傳感器(qì)和轉換器兩大部(bu)分組成⭐.傳感器測(cè)出的感應電壓E由(you)電纜送至轉換器(qì),通過智能化處理(lǐ),然後LCD顯示,或轉換(huan)成标準信号4～20mA輸出(chū).根據以上測量㊙️原(yuan)理,實際使用中,影(ying)響電磁流量計準(zhǔn)确測量的工程因(yin)素主要有以下5個(ge)方面:
(1)被測介質電(diàn)導率的影響.被測(ce)流體的電導率決(jué)定了轉換器所🌈需(xu)的輸入阻抗大小(xiǎo),流體電導率降低(dī),電極的輸出阻抗(kang)将增加,并且由轉(zhuan)換器輸入阻抗❓引(yin)起負💔載效應而産(chǎn)生誤差.因此,電磁(cí)流量計應用中規(gui)定了📱流體的電導(dao)率的下限.理論上(shang)🐇,把電極看💞作點電(dian)極,忽💘略其大小,實(shi)際上,電極有一定(dìng)尺寸,當🈲直徑爲d的(de)圓形電極與電導(dao)率爲ρ的半無限展(zhan)寬的流體接觸時(shi),其展🥵寬電阻🔞爲1/(2ρd),因(yin)此,如果管道直徑(jìng)Dd,則電🔞極的輸出阻(zǔ)抗爲兩個展寬電(diàn)阻之和,即等于1/(ρd).一(yī)般測量的流體電(diàn)導率ρ的下限爲5～10μs/cm,所(suǒ)以,若電極直徑d爲(wèi)1cm,則電極的輸出阻(zu)抗就爲1/(ρd)=100～200kΩ,爲使輸出(chu)阻抗的影響限制(zhi)在0.1%以下,轉換器的(de)輸📱入阻抗應爲200MΩ左(zuo)右.對于電💃磁流量(liàng)計,選型時必須考(kǎo)慮流體電導率要(yao)大于5μs/cm的💞阈值(即下(xià)限值)要求.
(2)流速分(fen)布與直管段的影(ying)響.根據公式(1)知,如(rú)果流速以中心軸(zhou)爲對稱流動,感應(yīng)電勢與流速分布(bù)無關,僅正比于平(ping)均流速.若流速爲(wèi)非中心軸對稱分(fèn)布🌈,圖2表示90°彎頭與(yǔ)突擴管👌的流線🔞分(fen)布與速度剖面,每(mei)個流動質☂️點相對(duì)于🌈電極幾何位置(zhi)不同,對電極産生(shēng)的感應電動勢大(da)小也🈲不同,越靠近(jìn)電極,速度大🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的質(zhi)點所産生的感應(ying)電動勢越大,容易(yi)引起誤差,因此,必(bì)須保證流體流速(su)爲中心軸對稱.工(gong)程上,正确的安裝(zhuang)可以減小👉此類誤(wu)差。

　　盡管電(dian)磁流量計生産廠(chǎng)家不斷追求流量(liàng)計本身的精度,但(dàn)實際工程中,工藝(yi)管道中的彎管、閥(fá)門等都會引起流(liú)動畸變、二次流或(huò)漩渦,破壞了原有(you)充分均勻的流速(sù)分布狀況.隻有經(jīng)過相當長的直管(guǎn)段,才能讓✉️流體恢(hui)複其軸對稱的流(liu)速分布.若實際工(gōng)藝管道上下遊直(zhi)管段不足,可以通(tong)過安裝流動❌調整(zhěng)器來調整.
（3）電極結(jie)垢和附着層的影(ying)響.在測量如紙漿(jiāng)、污水等👈非清潔流(liu)體時,電極表面易(yì)受污染,引起零點(diǎn)變動,但零點變化(hua)和電極污染🌈程度(dù)兩者的關系,很難(nan)進行定量分析比(bǐ)較,根據經驗,電極(jí)直徑越小,所受的(de)影響越少,在使用(yòng)中,應注意電極的(de)清污,以防止附着(zhe).
設在襯裏上附着(zhe)沉澱物時産生的(de)誤差Δε,如果附着的(de)厚度是🤞一樣,則可(kě)由式(3)計算:
Δε=1-2/[1+(kω/kf)+(1-kω/kf)*(1-2t/D)2]　,(3)
式中:kω、kf分(fen)别爲附着物和測(cè)量流體的電導率(lü);t爲附着物厚度;D爲(wei)♉直徑.
　　若式(3)中kω和、kf相(xiang)等,則誤差爲零,附(fu)着物的電導率較(jiao)低時,上式仍然成(cheng)立,但會增加電極(jí)的輸出阻抗,因此(ci)受到限制,如絕緣(yuán)性沉澱物浸在流(liu)體中就是這種情(qing)況.相反,如附着金(jīn)屬粉末等💞,因高電(diàn)🌈導率的附着層,使(shǐ)感應電勢短路🐉,電(dian)極輸出偏低,造成(cheng)負偏差.在測量具(jù)有沉澱附着物的(de)流體時,可通過合(hé)理選擇傳感器内(nèi)襯材料等方法減(jian)少測量誤差,除了(le)🌈選擇如玻璃或聚(jù)四氯乙烯等難以(yi)附着💚沉澱的襯裏(lǐ)外,還應增加其流(liu)速,流體快速流動(dong)的同時能夠起到(dao)沖刷電極、清潔電(dian)極的💋作用,減少誤(wù)差.
(4)安裝條件的影(ying)響.電磁流量計要(yào)求滿管測量、流速(su)分✍️布軸對稱、可靠(kào)的接地等,否則可(ke)能現輸出晃動、示(shi)值🚶‍♀️不準✔️等現象.這(zhè)可通過規範安裝(zhuang)操作以使測量準(zhun)确得到提高.
(5)運行(hang)環境的影響.電磁(ci)流量計因輸出信(xin)号較弱,對機械振(zhen)動比較敏感,測量(liang)結果易受幹擾,運(yùn)行時,不允許管道(dao)振動和周圍有大(da)的電器如電焊機(jī)等.
2　提高電磁流量(liang)測量準确的工程(chéng)對
2.1正确選型
　　電磁(cí)流量計的選型考(kǎo)慮因素很多,有儀(yi)表性能、流體特性(xing)😄、安裝條件、環境條(tiáo)件和經濟等方面(miàn)的因素,從測量準(zhǔn)确的角度,可從下(xià)面兩方面考慮.
(1)傳(chuan)感器口徑選擇.傳(chuán)感器口徑的選擇(zé)關系到流體在管(guǎn)道中的流速大小(xiao),影響到輸出電勢(shi)值.因此,傳感器口(kǒu)徑不一定與連接(jie)的工藝管道口徑(jing)相同,應🔞根據實際(ji)使用🔆流量而定.當(dāng)管道内流體的流(liu)速在1.5～3m/s,選擇傳感器(qi)口徑的與工藝管(guǎn)道口徑相同即可(kě),且🥰安裝方便;當🔞管(guǎn)内流體流速較低(dī),低于0.5m/s時,儀表口徑(jing)應改爲小于管❄️徑(jing),以異徑管連👈接管(guan)道.
(2)襯裏、電極材料(liao)的選擇要點.電極(ji)是電磁流量計拾(shí)🔞取流量🔴信💃🏻号的部(bu)件,在測量過程中(zhōng),隻有它和接地環(huan)、接地電極與被測(cè)介質接觸,因此,爲(wei)了适應不同介質(zhì)的測量條件,比如(rú)流體介質的溫度(dù)、壓力、腐蝕性、磨損(sun)性🏃🏻‍♂️等的要求🌂,要選(xuǎn)用不同的内襯🛀、電(diàn)極材料.
　　電磁流量(liang)計的内襯材料有(yǒu)耐腐蝕性中等、耐(nài)一般低濃度的酸(suan)、堿、鹽的氯丁橡膠(jiāo)材料,耐磨損性強(qiáng)而耐腐蝕性能一(yi)般的聚氨脂橡膠(jiao),耐腐蝕性能強和(hé)适于溫度高的🔆聚(jù)四氟乙烯,化學性(xìng)質等同于聚四🏃‍♀️氟(fu)乙烯的抗拉、抗壓(ya)聚全氟乙丙烯,耐(nai)稀酸、堿、鹽的溫度(du)<60℃的聚乙烯和溫度(du)<100℃的聚苯硫醚等.
　　電(dian)磁流量計電極的(de)材料有耐鹽和小(xiǎo)于50%濃度堿溶液的(de)鈦(Ti)電極,耐酸和鹽(yán)的钽(Ta)電極,耐腐蝕(shí)能力強的貴金屬(shu)鉑電極🍉,不适于鹽(yán)酸的哈氏合金C電(dian)極和不适于硝酸(suān)的哈氏合金B電極(jí),耐腐蝕能力一般(ban)、但價格低的不鏽(xiu)鋼316L等.電💋極材料裝(zhuāng)✂️于傳感器測量管(guan)内壁,與被測介質(zhì)直接接觸,故應根(gen)據被✊測介質的腐(fu)🈚蝕性選定.
2.2　正确安(ān)裝
(1)對安裝管路的(de)要求.實際工程上(shang),電極平面處的流(liu)速分布已同初校(xiao)時有較大的差别(bié),傳感器上遊管道(dào)連接件的配置是(shì)引起特殊的流速(sù)分布的因素之一(yī),使用中就有可能(néng)出現量值偏移.對(duì)傳感器前後直管(guan)段的要求是保證(zheng)流速🎯以中心軸❓爲(wei)對稱分💃🏻布,獲得儀(yi)表測量精度的必(bì)要條件之一,國标(biao)GB/T18659-2002等列舉了對漸縮(suo)管💯、上遊閥、圓弧彎(wān)頭最小直管段長(zhang)度的要求(見🎯表1).

另(ling)外,測量管内導電(dian)流體電導率不均(jun)勻,也會影響電磁(cí)❄️流量🔞計的測量,因(yin)此,若工藝要求在(zai)管道中加入其他(ta)介質,則應在流量(liang)計下遊進行.如果(guo)必須在📱上遊進🤞行(hang),應在流量計上遊(you)較遠處注入,建議(yì)在大于50D以遠(D爲測(ce)量管内徑),以保證(zhèng)🔞流體流動均勻後(hou)進入流量計.
(2)安裝(zhuang)要保證流體充滿(man)測量管.電磁流量(liang)計測量的✉️流量是(shì)🌈電極👨‍❤️‍👨平面的平均(jun1)流速與電極斷面(mian)的面積的乘積.隻(zhi)🐕有流體充滿測📧量(liang)管測量才準确.也(yě)就是說,在水平安(an)裝時,流量計處于(yu)最低部位置的正(zheng)确安裝方法才能(néng)保證流體充滿管(guǎn)道.對于固-液、氣-液(yè)兩相混相流☔體,傳(chuan)感器應以垂直或(huò)傾斜姿勢安裝,且(qiě)流體應自下而上(shang)流動,防止當傳感(gan)器水平安裝時,固(gù)體容🆚易沉澱到管(guǎn)道下部、混相中的(de)氣體分離到🌂上部(bù)而造成測量誤差(chà).
(3)接液與接地.因傳(chuán)感器輸出信号是(shi)電極間的電壓差(chà),因此要有一個零(líng)電位基準點.接液(ye)是使用電磁流量(liang)計最重要的條件(jian)之一,即以導電液(yè)體接地作爲信号(hao)的基準電位點.接(jiē)地是防止進✂️入幹(gàn)擾和安全保護的(de)有效措施,傳感器(qi)接地極與流體(信(xin)号基🛀🏻準零電平)間(jian)容易由地回路引(yǐn)入各種共模幹擾(rao)電🈲壓,影響流量🍓計(jì)的使用可靠性和(hé)測量精度.通過接(jie)地能夠屏蔽靜電(dian)感應與電磁感應(ying)引起的噪聲電壓(ya);減小接地電阻可(ke)以降低地回路雜(zá)散電流的壓降,減(jiǎn)低共模幹擾電壓(ya),提高測🐅量精度.在(zai)連接傳感☂️器的管(guǎn)道内若塗有絕緣(yuán)❌層或是非金屬🤟管(guan)道時,傳感器兩側(cè)應裝有接地環.金(jin)🐕屬管道電磁流量(liàng)計接地連(跨)接方(fāng)法如圖3.當被測流(liú)體電導率比較高(gao)、工藝管線比較長(zhǎng)時,被測流體的體(tǐ)電阻幾乎爲零,使(shi)用接液電極能👌夠(gòu)穩定地取得信号(hao)的基準電位.當測(ce)量比較低的電導(dǎo)🔞率流體時,被測流(liú)✨體的體電阻✔️比較(jiào)高,若利🚶用接液環(huán)或接液電極接觸(chu)面太小,易産生信(xìn)号的不穩定.爲此(cǐ)應使用接液短管(guan),加大與流體的接(jiē)觸面積,減㊙️小流體(ti)體電阻.

(4)盡量避開振動(dòng)源、磁源.由于電磁(cí)流量計的測量感(gǎn)應電壓很小📐,電壓(yā)較低易受外界電(dian)磁噪聲的影響,故(gu)在安裝時應♋盡可(ke)能避開振動源、磁(ci)源,并進行可靠的(de)接🏃🏻‍♂️地連接.一般情(qing)況要求接地電阻(zǔ)小于100Ω.對于防爆産(chǎn)品和防雷擊要求(qiú)的安裝情況,接地(di)電阻應小于10Ω.同時(shí)應注意不能将流(liu)量計的接地接在(zài)大的電器設備,如(ru)變壓器、發電機、變(bian)頻電源的外殼接(jiē)地上.
3　結束語
　　電磁(cí)流量計在投運前(qián),應對管道及流量(liang)計進行徹🌈底檢查(cha)💚,包括管道雜物等(deng)清理,電極處幹燥(zao)處理.還㊙️包括電氣(qi)線路的檢查,首☀️先(xian)應對線路的接地(di)進行檢測,确保接(jiē)地可靠後,還需進(jin)行絕緣☎️電阻及接(jie)地電阻測試.
　　長期(qi)運行時,測量管壁(bì)易附着和沉澱物(wù)質,若附着是👈比液(ye)體電導率高的導(dǎo)電物質,信号電勢(shì)将被短🌈路而不能(néng)工作,若是非導電(diàn)層則首先應注意(yi)電極污染,譬如選(xuǎn)用不易附着尖形(xíng)或半球💞形突出電(diàn)極、可更換式電極(ji)、刮刀式清垢電☂️極(ji)等.非接觸型電極(jí)⭐電磁流量計附着(zhe)非導電✉️膜層,儀表(biao)仍能工作,但若🔞爲(wèi)高導電層則不能(néng)工作.
　　由于電磁流(liu)量計運行環境較(jiào)爲複雜,影響其正(zheng)常工作的🔱工程因(yīn)素衆多,調試技術(shu)需要不斷總結和(he)更新.總之,隻要合(hé)理選用、正确安裝(zhuang)電磁流量計,并采(cai)取有效的措施加(jiā)以維護,就能從工(gong)程上降低誤差,提(tí)高測量的準确,規(gui)範的使用儀表,還(hai)能延長儀👌表的使(shǐ)用壽命,爲生産提(tí)供準确可靠的計(jì)量數據.

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