摘要：電磁流量計(jì)因其無(wú)法比擬的一些優(yōu)點(diǎn)一直持有較高的市場(chǎng)占有率。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流體流過(guò)流量計(jì)不會(huì)產(chǎn)生壓力損耗，可以測(cè)量臟污介質(zhì)、渾濁介質(zhì)及腐蝕介質(zhì)的液固兩相流量，測(cè)量過(guò)程不易受液體的密度、溫度、粘度的影響，測(cè)速范圍比較寬。介紹了電磁流量計(jì)的基本原理和使用優(yōu)勢(shì)，分析了電磁流量計(jì)選用時(shí)需要考慮的問(wèn)題，對(duì)影響其測(cè)量精度的因素提出了提高電磁流量計(jì)使用精度的幾種策略，并對(duì)主要故障源和故障現(xiàn)象進(jìn)行匯總對(duì)比，對(duì)于電磁流量計(jì)的使用和維護(hù)有一定幫助。
電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。20世紀(jì)50年代初電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,近年來(lái)在世界范圍內(nèi)的產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%~6.5%。因其在測(cè)量過(guò)程中不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度及流動(dòng)狀態(tài)等變化的影響的優(yōu)點(diǎn),被普遍應(yīng)用于新鮮水以及污水等導(dǎo)電液體的測(cè)量中。
1電磁流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)
電磁流量計(jì)的測(cè)量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管,因不易阻塞而適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的液固兩相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。電磁流量計(jì)不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失,儀表的阻力僅是同一長(zhǎng)度管道的沿程阻力,節(jié)能效果顯著,對(duì)要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。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)率變化明顯的影響。與其他大部分流量?jī)x表相比,前置直管段要求較低。測(cè)量范圍度大,通常為20:1~50:1,可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5~10m/s內(nèi)選定。不必取下作離線實(shí)流標(biāo)定。口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬,可達(dá)到3m。可測(cè)正反雙向流量。儀表輸出本質(zhì)上是線性的。易于選擇與流體接觸件的材料品種,可應(yīng)用于腐蝕性流體。
2基本原理
電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)管中導(dǎo)電的流體被看作導(dǎo)體,管道的內(nèi)徑可看作道導(dǎo)體的長(zhǎng),原理圖如圖1所示，兩電極裝到與管道的中心軸和磁場(chǎng)方向組成的平面相垂直,拾取液體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:.
式中:E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;v為平均流速;qv為單位時(shí)間流過(guò)管道的橫截面積液體的體積。
由上式看出瞬時(shí)流量只和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成線性關(guān)系，與其他物理量無(wú)關(guān)，這是電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一。
3選用電磁流量計(jì)要考慮的主要因素
3.1液體電導(dǎo)率
電磁流量計(jì)使用的前提必須導(dǎo)電,不能低于閾值,常規(guī)流量計(jì)閾值一般在10-4~10-6s/m,應(yīng)根據(jù)型號(hào)而定。有機(jī)溶劑和石油制品的電導(dǎo)率較低,因此不能用電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),被測(cè)液體的電導(dǎo)率應(yīng)該比儀表廠商所規(guī)定的閾值的數(shù)量級(jí)至少要大一個(gè)數(shù)量級(jí),否則容易引起測(cè)量值波動(dòng)。
3.2精度等級(jí)
電磁流量計(jì)精度高的誤差大約為±0.5%~±1%,精度低的流量計(jì)大約為±1.5%~±2.5%，價(jià)格也相差2倍左右。因此應(yīng)該合理選擇流量計(jì),在精度要求不高的地方，選用價(jià)格較低的來(lái)減少成本。有的流量計(jì)精度更高,但是安裝條件要求很高,如溫度20~22℃,甚至要做實(shí)流校準(zhǔn)。
3.3流速和口徑的選擇
流量計(jì)的口徑可以不與管徑一致,應(yīng)根據(jù)流量而定。管道的液體經(jīng)濟(jì)流速一般為1.5~3m/s,在這種流速下，流量計(jì)的口徑和管徑一致即可。上限流速理論上是不限的,但是如果襯里不能承受流體沖刷建議不超過(guò)5m/s。容易沉積結(jié)垢的液體,選用流速應(yīng)不小于2m/s。
4影響電磁流量測(cè)量精度的因素
4.1接地環(huán)和電極材質(zhì)的選擇問(wèn)題
若被測(cè)液體和電極或接地環(huán)不匹配引發(fā)故障,除了腐蝕問(wèn)題，還有電極的表面效應(yīng),主要包括:化學(xué)反應(yīng)、極化現(xiàn)象、觸媒作用。接地環(huán)也同樣有這些問(wèn)題,不過(guò)影響程度小。
4.2管內(nèi)液體不滿管
由于流量計(jì)安裝的位置不良或者背壓不足，導(dǎo)致液體不能充滿管道,致使測(cè)量值比真實(shí)值要小。如果不滿管比較嚴(yán)重，使電極漏出液面,就沒有辦法測(cè)量液體了。如果流動(dòng)是塞狀流或氣泡流,不僅會(huì)使測(cè)量值不準(zhǔn)，還會(huì)由于氣泡瞬間碰到電極表面而造成輸出晃動(dòng)。
4.3液體中含固相
如果液體中含有顆粒，可能會(huì)造成的故障有:電極和襯里表面上覆蓋沉積層、襯里磨損或管道截面積變小。對(duì)于有些比較容易結(jié)晶的液體，當(dāng)流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí)易使內(nèi)壁掛有一層固體,所以可選用被測(cè)量管路非常短,且容易拆卸的流量計(jì)，在結(jié)晶后便于下線處理。
4.4安裝
安裝過(guò)程中，應(yīng)該將流量計(jì)正負(fù)方向和流體.流向一致。避免安裝在強(qiáng)磁場(chǎng)的地方。流量計(jì)不應(yīng)安裝在容易積氣的管道最高點(diǎn),或者自上而下垂直的管路,這樣容易產(chǎn)生排空。流量計(jì)下游不應(yīng)直接將液體排入大氣，防止因背壓不足使流量計(jì)不滿管。
5提高精度的主要策略
5.1需要實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁流量計(jì)傳感器口徑的合理選擇
這一傳感器口徑的選擇將對(duì)流體在管道中的流速大小產(chǎn)生決定性影響,同時(shí)也會(huì)對(duì)輸出電勢(shì)參數(shù)產(chǎn)生明顯影響,故而在選擇電磁流量計(jì)的過(guò)程中,并不一定以連接工藝管道的口徑作為選擇指標(biāo)，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際的使用流量進(jìn)行選擇。--般來(lái)說(shuō)，在待安裝管道內(nèi)部流體流動(dòng)速度在1.5~3.0m/s區(qū)間的情況下，傳感器的口徑需要與待安裝管道口徑保持--致,而在管道內(nèi)部流體流動(dòng)速度<0.5m/s的情況下，則需要將儀表口徑控制在管道口徑以下標(biāo)準(zhǔn)。
5.2內(nèi)襯和電極材料的選擇
為了適應(yīng)不同介質(zhì)的測(cè)量條件,如流體介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性、磨損性等的要求，要選用不同的內(nèi)襯、電極材料。若傾向于耐磨損性能,則建議選擇聚氨酯橡膠材料，若傾向于耐腐蝕性能,則傾向選擇聚四氟乙烯材料。
5.3保證被測(cè)流體滿管
在對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行安裝的過(guò)程中,需確保流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)部充滿流動(dòng)流體。主要依據(jù)是在電磁流量計(jì)對(duì)管道內(nèi)部流量水平進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，所獲取的主要因素包括斷面面積及平面流動(dòng)速度這兩個(gè)方面,以上兩項(xiàng)指標(biāo)之積為電磁流量計(jì)最終顯示的測(cè)量數(shù)值。故電磁流量計(jì)測(cè)量管只有在滿溢狀態(tài)下才能確保所獲取數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)可靠。在水平安裝電磁流量計(jì)的過(guò)程中,需要將流量計(jì)置于管道最底部。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)氣液混合或固液混合的管道而言,除需要按照以上方式進(jìn)行安裝外，還需以傾斜姿態(tài)放置流量計(jì),避免混相流體當(dāng)中的氣體或固體出現(xiàn)分離,影響測(cè)量的正確性。
5.4接地和接液
需要做好在電磁流量計(jì)安裝過(guò)程中接地及接液方面的工作。為確保流量計(jì)的平穩(wěn)、可靠運(yùn)行,需設(shè)置一個(gè)零電位的基準(zhǔn)點(diǎn)作為參照。在此過(guò)程中,接液處理的核心將管道內(nèi)部導(dǎo)電液體接地設(shè)置為零電位的基準(zhǔn)點(diǎn)參照;而同時(shí)接地處理的核心是避免電磁流量計(jì)在測(cè)量流體流速過(guò)程中受干擾影響,并對(duì)電磁流量計(jì)進(jìn)行合理的安全保護(hù)。與此同時(shí),接地處理還能使靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)所可能誘發(fā)的噪聲電壓得到有效抑制,剔除對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的干擾。通過(guò)對(duì)接地電阻水平的控制,使回路雜散電流壓降水平明顯降低,依賴于降低共模干擾電壓的方式。
5.5接地具體要求
傳感器必須單獨(dú)接地(接地電阻100Q以下)。分離型原則上接地應(yīng)在傳感器一側(cè),轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護(hù)管道上，除了傳感器和接地環(huán)一起接地外，還要用較粗銅導(dǎo)線(16mm2)繞過(guò)傳感器跨接管道兩連接法蘭上，使陰極保護(hù)電流與傳感器之間隔離。有時(shí)雜散電流過(guò)大,如電解槽沿著電解液的泄漏電流影響流量計(jì)的正常測(cè)量,則可采取流量傳感器與其連接的工藝之間電氣隔離的辦法。同樣有陰極保護(hù)的管線上，陰極保護(hù)電流影響測(cè)量時(shí),也可采取本方法。
6主要故障源和故障現(xiàn)象
因外界原因?qū)е聝x表出現(xiàn)故障主要有三個(gè)方面:一是現(xiàn)場(chǎng)管道系統(tǒng)及安裝引起的故障;二是由被測(cè)介質(zhì)即流體方面引起的故障;三是由現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素引起的故障。具體分析內(nèi)容見表1。
除了以上故障因素外，根據(jù)維護(hù)使用經(jīng)驗(yàn)，我們還要關(guān)注因儀表井進(jìn)水、電極老化等因素帶來(lái)的故障,從設(shè)計(jì)選型階段就應(yīng)考慮傳感器的防護(hù)等級(jí)或電極材料。
7結(jié)束語(yǔ)
除選型和安裝方面的質(zhì)量控制措施對(duì)于提高電磁流量計(jì)正確性有重要影響外，在電磁流量計(jì)投人運(yùn)行的后期維護(hù)管理工作中,還需著重做好對(duì)電磁流量計(jì)電極污染的防治工作，及時(shí)對(duì)污染區(qū)域進(jìn)行清垢處理,同時(shí)定期對(duì)接地電阻數(shù)值進(jìn)行測(cè)量,以保障電磁流量計(jì)能夠在安全范圍內(nèi)可靠、高效的運(yùn)行,獲取精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。
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