一、概述:
电磁流量计是60年代起发展起来的.应用法拉第电磁感应原理制成的,测量导电介质体积流量的新型感应式流量测量仪表.由传感器(变送器)和转换器两部分组成。
(一)电磁流量计具有以下特点
1、它的传感器结构简单、可靠.无可动部件和节流部件,因而,当流体通过时不会引起任何附加的压力损失.无磨损、堵塞等现象.由于它结构.上无运动部件.故可通过附上耐腐蚀绝缘村里和选择耐腐材料制成电极,具有很好的耐腐蚀性能.故而.工作寿命长。
2、它是一种体积流量测量仪表,故不受被测介质的温度、粘度、密度以及一-定范围内电导率的影响。
3、电磁流量计的量程范围极宽,同一台电磁流量计的量程比可达1 : 100。
4、电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比。而与轴对称分布下的流动状态(层流或紊流)无关。
5、电磁流量计反应灵敏、线性好.可以测量瞬时脉动流量可就地显示或远距离传送.也可与单元组合仪表.计算机配套组成。(各种自动检测、调节系统和程控系统。)
电磁流量计也有一些不足之处.主要是:
1、它只能测量具有一定导电性的液体。
2、它要求被测介质具有一定范围的电导率，10-1~10-5s/cm之间.相当于蒸馏水的电导率。
3、不能测量高温高压流体(测量管的绝缘衬里材料受温度的限制造成)。
4、 受流速分布影响.其前后须有一定的直管段。
5、易受外界电磁干扰。
(二)基本原理
在磁感应强度为B的均匀磁场中.垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道.当导电液体在管道中以流速V流动时.导电流体.切割磁力线,若在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极,只要管道内流速分布为轴对称.则两电极之间将产生感生电动势e.根据法拉第电磁感应原理。
两式中:
e一感应 电动势伏特
B一磁感应强度韦伯/米“
D一管道内径米
`U一流体平均流速米/秒
Qr一流体体积流量立方米/小时
要使式2严格成立。必须使测量条件满足
(1)磁场是均匀分布的恒定磁场
(2)被测流体的流速为轴对称分布
(3)被测液体是非磁性.电导率均匀且各
向同性。
(三)电磁流量计系统
1、基本系统:由传感器和转换器组成.仅完成流量的检测.显示如图a:
2、扩展系统:基本系统加流量积算器组成,除基本功能外,还具有累积流量的功能,并可配置停电计时器,以修正系统停电时被漏计的排放流量,加图b;
3、智能型系统:由基本系统和流量计算机组成.具有显示瞬时流量累积流量,日期和时询的功能.具有开方比例积算器和定值输出等功能,并可完成打印、通讯和联网.如图c:
二、基本系统简介
(一)转换器
1、转换器工作原理
传感器输出一个毫伏级的微弱信号,经转换器将信号放大,变成标准的信号输出(传感器等效一高内阻的信号源)。
转换器原理框图如图1所示.它接受来自传感器的信号,经中间级放大.剔除无关信号,检出有用信号,再经整流放大,变成单流量成比例的电压信号。最后将流量信号变成标准的信号形式。
转换器中的信号发生器能产生工频八分频的方波.此信号激励励磁驱动器,向传感器输出同频率的励磁电流.信号发生器也产生抗干扰级的同步控制信号。
2、性能
电磁流量转换器具有:
(l)稳定地进行线性放大。
(2)能够分辩和抑制各种干扰信号
(3)具有足够高的输入阻抗
(4)能够消除电源电压和频率波动的影响
(二)传感器
1、基本组成
电磁流量计的广泛应用,使传感器派生出各种形式,目前常用的有:管道式、潜水式、播入式三种,传感器也称电磁流量变送器,传感器通常包含以下四部分。
(l)用于引导液流和测量的导管,也即测量管。
(2)由励磁线圈和磁扼组成的励磁系统,用来产生工作磁场。
(3)流量信号检测部分,包括电极、信号引线、接线盒。
传感器(变送器)的电极安装在与磁场垂直的测量管的两侧管壁上.它的作用是把被测介质切割磁力线所产生的流量信号引出(其材料必须是非磁性导电材料)。
(4)干扰调整机构
干扰调整机构实际上是一个“变压器调零”装置,是为了抑制由于“变压器效应”而产生正交干扰的一种方法。
(5)起隔离和�；ご衅髂诓拷峁棺饔�.的外壳
2、三种形式
(1)管道式电磁流量计:为标准流量计,通过法兰接入输送液流的管道来测量液体流量。
(2)潜水式电磁流量计:是一种密封的电磁流量计,可潜入明渠或暗沟中,测量液体流量。
(3)插入式电磁流量计:是将流量计的励磁部分电极小型化.取消传感器外壳.通过管柱将敏感电极插入大型管道中.并支承在管道的管壁上,以此来测量管道中的体积流量,这种流量计结构简单.以小巧的结构来测量大管道中的流量.经济实用。可在管道不停供液流的情况下安装与维修。
3、传感器对被测介质的要求:
被测介质的电导率过高或过低都会影响流量测量的精度一般要求电导率域10-1~10-5Sc/m之间,即可得到满意的测量结果。
三、电磁流量计的选用型与安装
(一)选用
电磁流量计的选用,主要是变送器(传感器)的正确选用,而转换器只需与之配套即可。
1、口径与量程的选择
变送器的量程可以根据两条原则选拔:一是仪表满量程大于预计的最大流量值;二是正常流量大于仪表满量程的50%,以保证一定的测量精度。
口径通常选用与管道系统相同的口径(但也可以利用异径管,选择小于管道系统的口径),对管道有待设计的,根据流量范围来选择.对电磁流量计,流体流速选在0.5~10m/S一般选在0.8~4ms/为宜·确定后,根据vQ=π/4D2`U场来确定变送器口径。
2、温度和压力的选择
电磁流量计对能测量的流体压力与温度有一定限制,一般情况下:
小于?50mm口径时工作压力为1.6MPa左右
?80~900mm口径工作压力为1MPa左右
大小?1000mm口径工作压力为.06MPa左右
对于特殊要求,可与厂家要求特殊处理。
工作温度取决于衬里材料一般为5~70℃,经特殊处理的变送器允许被测介质温度可达-40℃~130℃。
3、内衬材料与电极材料的选择
应根据具体测量的介质.加以慎重地选择。
(二)安装的要求
要保证电磁流量计的测量精度,正确的安装是很重要的。
(l)变送器应安装在室内干燥通风处·避免安装在环境温度过高的地方,不应受强烈振动.尽量避开具有强烈磁场的设备.如大电机、变压器等,避免安装在有腐蚀性气体的场合.安装地点便于检修.这是保证变送器正常i省行的环境条件。
(2)为了保证变送器测量管内充满被测介质,变送器最好垂直安装,流向自下而上。尤其是对于液固两相流,必须垂直安装,一则可以防被测介质相分离,二则使变送器测量管四周的衬里磨损比较均匀。若现场只允许水平安装,则必须保证两电极在同一水平面。在水平的管道上应避免将变送器安装在管道的底部以防止沉淀,或安装在可能不能充满介质管道的顶部、以防止空气泡。
(3)变送器两端应装阀门和旁路。
(4)电磁流量变送器的电极所测出的几毫伏交流电势,是以变送器内液体电位为基础的。为了使液体电位稳定并使变送器与流体保持等电位,以保证稳定地进行测量,变送器外壳与金属管两端应有良好的接地,转换器外壳也应接地,接地电阻不能大于IOn,不能与其它电器设备的接地线共用,如果不能保证变送器外壳与金属管道良好接触,应用金属导线将它们连接起来,再可靠接地。
(5)为了避免干扰信号,变送器和转换器之间的信号必须用屏蔽导线传输,不允许把信号电缆和电源线平行放在同一电缆钢管内,信号电缆长度一般不得超30m。
(6)转换器安装地点应避免交、直流强磁场和振动,环境温度为-20℃~50℃,不含有腐蚀气体,相对湿度不大于80%。
(7)为了避免流速分布对测量的影响,流量调节阀应设置在变送器下游.对于小口径的变送器来说.因为从电极中心到流量计进口端的距离已相当于好几倍直径D的长度,所以对上游直管可以不做规定,但对口径较大的流量计.一般上游应有SD以上的直管段.下游应有3D以上直管段要求。
(8)当管道与变送器的.口径不一致时.通常在变送器两端安装三斩扩管和三斩缩管,然后与工艺管道连接.在一般情况下,变送器的口径小于管道口径,安装的三斩缩管其圆园锥角不应大于15度。
四、电磁流量计的主要误差来源及
防范的初步分析
(一)非轴对称流动引起的误差。
对电磁流量计,只要管内流速为轴对称分布,则电极上产生的感应电动势e与流动状态无关,仅与流体的平均流速成正比,流速的轴对称分布,是满足其正常工作的基本条件之一。一旦破坏了流体流速的轴对称,由于每个流体质点相对于电极的几何位置不同,愈靠近电极的质点对e的贡献越大,靠近电极的流速越大.对e的贡献也越大,而电极上得到的感生电动势e是测量管内所有液体共同贡献的结果。所以.如果电极附近的流速非轴对称的偏大,测得的信号就比实际流量值大;反之,电极附近的流速非轴对称的偏小,测得的流量值也就偏小,由上分析,必须保持流速的轴对称。
由于流速分布和涡流的影响,上游直管段应有一定的长度,按附加误差可影响流量精度(约0.5%)的原则,上游直管段应为SD以上.下游直段长度应在3D以上。
(二)电导率对测量误差的影响
电磁流量计对被测介质的电导率有一定的要求范围,一般为10-5~10-1sc/m,但目前,电磁流量计转换器的输入阻抗已有所提高.对于电导率的下限要求有所下降。
电磁流量计不适用电导率很低的介质的原因,在于传感器与转换器的阻抗匹配。对于传感器的输出,用图2的等效电路表示:e—流量电势信号.R2—转换器输入阻抗。
一般转换器输入阻抗RL为100~200Ω,由上可知,变送器(传感器)的内阻r≤100~200kΩ。,由此,推导一下电导率的要求。
由理论分析可知,变送器的输出阻抗决定了转换器所需的输入阻抗.而变送器的输出阻抗可以认为由被测介质的电导率和电极大小,所支配.其关系为:
此时,变换器的输入阻抗应是100~400MΩ左右。
以上推异可知,电极直径越小,转换器的输入阻抗RL越高,就越不易受变送器(传感器)内阻r变化的影响,可测介质的电导率σ也可以降得越低,扩大了它的应用范围。
需要说明是,被测介质的电导率太大也是不允许,从理论分析和实验可知,当电导率超过10-1(s/cm)左右时,就会降低流量信号.改变指标值。即指示流量值小于实际流量值。
(三)传感器励磁方式的选择
目前的传感器大都采角了恒定电流的低频方波励磁方式,用开关回路把直流恒流回路的输出电流周期性地交换其极性,使之产生方波励磁电流,励磁电流的极性转换周期可选为工业交流电源周期的偶数倍,如此一来,即可消除工业频率的噪声影响,又排除了交流磁场的电涡流.直流磁场的极化干扰,使转换器的精度达到0.5%以上。
(四)电极表面的污染.
在测量有附着沉淀物的流体时，电极表面将受到污染,常常易引起零点变动.零点变化和电极污染程度两者之间的关系较复杂。但可以说.电极直径越小,所受影响越小。这一点在使用中,值得注意。
(五)流速的影响
电磁流量计其测量结果与被测流体的平均流速成正比.它属于速度式测量仪表。
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