電磁流量計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用問(wèn)題
2016-02-24
概述
流量測(cè)量方法和儀表的種類(lèi)功率計(jì)繁多，分類(lèi)方法也很多。至今為止，可供工業(yè)用的流量?jī)x表種類(lèi)達(dá)60種之多。品種如此之多的原因，就在于至今還沒(méi)找到一種對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量?jī)x表。
這60多種流量?jī)x表，每種產(chǎn)品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。常按測(cè)量對(duì)象劃分為封閉管道和明渠兩大類(lèi)，也有按測(cè)量目的分為總量表和流量計(jì)。本文著重介紹目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的電磁流量計(jì)，闡述電磁流量計(jì)的工作原理、使用特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況。
電磁流量計(jì)的發(fā)展
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表。電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性，可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問(wèn)題，如臟污流、腐蝕流的測(cè)量。70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破，使它成為應(yīng)用廣泛的一類(lèi)流量計(jì)，在流量?jī)x表中其使用量百分?jǐn)?shù)不斷上升。
電磁流量計(jì)優(yōu)、缺點(diǎn)
電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
電磁流量計(jì)測(cè)量通道是段光滑直管，因此不會(huì)有阻塞現(xiàn)象，適用于測(cè)量含固體顆粒的液固二相流體，如紙漿、泥漿、污水等；電磁流量計(jì)不產(chǎn)生流量檢測(cè)所造成的壓力損失，節(jié)能效果好；電磁流量計(jì)所測(cè)得的體積流量實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響；電磁流量計(jì)的流量范圍大，口徑范圍寬；電磁流量計(jì)可應(yīng)用于腐蝕性流體的測(cè)量。
電磁流量計(jì)缺點(diǎn)：
電磁流量計(jì)不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品；電磁流量計(jì)不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；電磁流量計(jì)不能用于較高溫度。
電磁流量計(jì)應(yīng)用概況
電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程；中小口徑常用于高要求或難測(cè)的場(chǎng)合，如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制，造紙工業(yè)測(cè)量紙漿液和黑液，化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液，有色冶金工業(yè)的礦漿；小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。電磁流量計(jì)從50年代初進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用以來(lái)，使用領(lǐng)域日益擴(kuò)展，80年代后期起在各國(guó)流量?jī)x表銷(xiāo)售金額中已占16%~20%。我國(guó)近年來(lái)發(fā)展相當(dāng)迅速，1994年銷(xiāo)售估計(jì)為6500~7500臺(tái)。國(guó)內(nèi)已生產(chǎn)最大口徑為2~6m的電磁流量計(jì)，并有實(shí)流校驗(yàn)口徑3m的設(shè)備能力。
電磁流量計(jì)應(yīng)用問(wèn)題
雖然電磁流量計(jì)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也常出現(xiàn)故障。電磁流量計(jì)故障常見(jiàn)的有二大類(lèi)：第一類(lèi)為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障；第二類(lèi)為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動(dòng)畸變，沉積和結(jié)垢等。
按故障發(fā)生時(shí)間分為：調(diào)試期故障和運(yùn)行期故障。
?、?調(diào)試期故障：調(diào)試期故障出現(xiàn)在新裝用后調(diào)試初期，主要原因是儀表選用或設(shè)定不當(dāng)，安裝不妥等。
?、?運(yùn)行期故障：運(yùn)行期故障是在運(yùn)行一段時(shí)期后出現(xiàn)，主要原因有流體中雜質(zhì)附著電極襯里，環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。
?、?故障外界源頭分析：一是管道系統(tǒng)和安裝等方面引起的；二是使用環(huán)境方面發(fā)生變化引起的；三是流體變化引起的。
調(diào)試期故障
本類(lèi)故障在電磁流量計(jì)初裝調(diào)試時(shí)就出現(xiàn)，但一經(jīng)改進(jìn)排除故障，以后在相同條件下一般就不會(huì)再度出現(xiàn)。常見(jiàn)調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響三方面原因。
1、管道系統(tǒng)和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見(jiàn)的如將流量傳感器安裝在易積聚留氣體的管網(wǎng)高點(diǎn)；流量傳感器后無(wú)背壓，液體徑直排入大氣，形成其測(cè)量管內(nèi)出現(xiàn)非滿(mǎn)管現(xiàn)象；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現(xiàn)排空。
2、環(huán)境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機(jī)磁場(chǎng)干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨(dú)接地保護(hù)可獲得滿(mǎn)意測(cè)量，但如遇管道有強(qiáng)雜散電流（如電解車(chē)間管道）亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施?？臻g電磁波干擾一般經(jīng)信號(hào)電纜弓入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護(hù)，但也曾遇到屏蔽保護(hù)還不能克服的。
3、流體方面
液體含有均勻分布細(xì)小氣泡通常不影響正常測(cè)量，唯所測(cè)得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會(huì)使輸出信號(hào)波動(dòng)，若氣泡大到流過(guò)電極遮蓋整個(gè)電極表面，使電極信號(hào)回路瞬時(shí)斷開(kāi)，輸出信號(hào)將產(chǎn)生更大波動(dòng)。低頻如50/16Hz—50/6Hz矩形波激磁電磁流量計(jì)測(cè)量液體中含有固體超過(guò)一定含量時(shí)將產(chǎn)生漿液噪聲，輸出信號(hào)亦會(huì)有一定程度波動(dòng)。
兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時(shí)，若兩種液體電導(dǎo)率（或各自與電極間電位）有差異，在混合未均勻前即進(jìn)入流量傳感器進(jìn)行流量測(cè)量，輸出信號(hào)亦會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。電極材質(zhì)與被測(cè)介質(zhì)選配不善，產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學(xué)和極化現(xiàn)象等，均會(huì)妨礙正常測(cè)量。
運(yùn)行期故障
經(jīng)初期調(diào)試并正常運(yùn)行一段時(shí)期后在運(yùn)行期間出現(xiàn)的故障，常見(jiàn)故障原因有：流量傳感器內(nèi)壁附著層，雷電擊，測(cè)量環(huán)境條件變化。
1、內(nèi)壁附著層
由于電磁流量計(jì)測(cè)量含有懸浮固相或污臟體的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)比其他流量?jī)x表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對(duì)較高。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近，儀表還能正常輸出信號(hào)，只是改變流通面積，形成測(cè)量誤差的隱性故障；若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動(dòng)勢(shì)將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開(kāi)測(cè)量電路。后兩種現(xiàn)象均會(huì)使儀表無(wú)法工作。
2、雷電擊
雷電擊在線(xiàn)路中感應(yīng)瞬時(shí)高電壓和浪涌電流，進(jìn)入儀表就會(huì)損壞儀表。雷電擊損壞儀表有3個(gè)途徑：電源線(xiàn)，傳感器與轉(zhuǎn)換器間的流量信號(hào)線(xiàn)和激磁線(xiàn)。但從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應(yīng)高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線(xiàn)路引入的，其他兩條途徑較少。從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場(chǎng)了解到，不僅電磁流量計(jì)出現(xiàn)故障，控制室中其他儀表電也常常同時(shí)出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認(rèn)識(shí)設(shè)置控制室儀表電源線(xiàn)防雷設(shè)施的重要性。
3、環(huán)境條件變化
主要原因同上述調(diào)試期故障環(huán)境方面，只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運(yùn)行期間再介入的。例如一臺(tái)接地保護(hù)并不理想的電磁流量計(jì)，調(diào)試期因無(wú)外界干擾源，儀表運(yùn)行正常，然而在運(yùn)行期出現(xiàn)新的干擾源（例如：測(cè)量點(diǎn)附近管道或較遠(yuǎn)處實(shí)施管道電焊，車(chē)輛過(guò)往頻繁振動(dòng)加大，管道旁新增高壓電網(wǎng)等等），干擾了儀表正常運(yùn)行，出現(xiàn)輸出信號(hào)大幅度波動(dòng)。
基于電磁流量計(jì)是導(dǎo)電性流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)來(lái)推算流體流量的測(cè)量?jī)x表，其基本工作原理是電磁感應(yīng)定律。因此，電磁耦合靜電感應(yīng)是電磁流量計(jì)干擾噪聲的首要來(lái)源；被測(cè)流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾燥聲的第二來(lái)源；電磁流量計(jì)供電電源的電壓和頻率波動(dòng)等電源干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾噪聲的第三來(lái)源。
?。?）、工頻干擾噪聲
工頻干擾噪聲是由電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合，另外電磁流量計(jì)工作現(xiàn)場(chǎng)的工頻共模干擾，其三供電電源引入的工頻串模干擾等，其產(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。因此，工頻干擾噪聲會(huì)嚴(yán)重影響電磁流量計(jì)的測(cè)量精度。
?。?）、流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲
電化學(xué)極化電勢(shì)干擾是由于電極感生電動(dòng)勢(shì)在兩極極性不同而導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面極化的產(chǎn)生，雖然采用正負(fù)交變勵(lì)磁磁場(chǎng)能顯著減弱極化電勢(shì)的數(shù)量級(jí)，但不能根本上完全消除極化電勢(shì)干擾。例如，泥漿干擾，就是在測(cè)量泥漿、纖維漿等液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)，固體顆?；蛘邭馀莶吝^(guò)電極表面，電極表面的接觸電化學(xué)電勢(shì)突然變化，電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲。又如，流體流動(dòng)噪聲，是在測(cè)量低導(dǎo)率液體（100vs/cm以下）流體流量時(shí)，電極的電化學(xué)電勢(shì)定期波動(dòng)，產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲。
?。?）、供電電源性干擾
電磁流量計(jì)一般都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的變化都會(huì)給電磁流量計(jì)帶來(lái)電源性干擾噪聲。對(duì)電源電壓的幅值變化，因采用多級(jí)集成穩(wěn)壓，一般而言電源電壓的幅值變化對(duì)電磁流量的測(cè)量精度影響不大。但當(dāng)電源電壓的頻率波動(dòng)時(shí)，雖然其波動(dòng)范圍有限，但對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量精度影響較大。
電磁流量計(jì)的故障現(xiàn)象和檢查流程
電磁流量計(jì)常見(jiàn)故障現(xiàn)象有：無(wú)流量信號(hào)/輸出晃動(dòng)/零點(diǎn)不穩(wěn)/流量測(cè)量值與實(shí)際值不符/輸山信號(hào)超滿(mǎn)度值等。通常檢查整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)和判斷故障的程序，包括電磁流量計(jì)本身的傳感器和轉(zhuǎn)換器以及連接兩者的電纜，電磁流量計(jì)上位的工藝管道，下（后）位顯示儀表連接電纜。
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