浅谈电磁流量计的影响因素和选型安装

1、浅谈电磁流量计的影响因素和选型安装山东省郯城县阳煤恒通化工股份有限公司热电厂 276100张怀进摘 要 简要介绍对电磁流量计的各种影响因素和使用中常见的故障以及在选型安装中应注意的问题。关键词 电磁流量计 影响因素 故障 选型安装电磁流量计(简称EMF ,2O 世纪5O 年代初EMF 实现工业化应用,近年来在世界范围内广泛使用,电磁流量计作为工业流量测量仪表的一种,在其安装与使用方面有一些技巧和注意事项,在这里浅要谈谈电磁流量计的影响因素,安装、使用及常见故障,希望对同行在安装与使用方面有所帮助。先了解其工作原理电磁流量计一般由传感器和转换器两大部分组成,测量管上下各装有励磁线圈,由转换器提供

2、励磁电流,产生磁场充满测量管道,一对或多对电极装在测量管内壁(与磁场方向垂直与液体接触来检测并引出感应电动势,通过信号线送到转换器进行信号处理,它基于法拉第电磁感应定律,导电液体在磁场中做切割磁力线运动时,导体中产生感应电势,其感应电势E 为:E=KBV D式中: K-仪表常数B-磁感应强度V -测量管道截面内的平均流速D-测量管道截面的内径测量流量时,导电性液体以速度V 流过垂直于流动方向的磁场,导电性液体的流动在测量电极上感应出一个与平均流速成正比的电压,由此可以得出通过管道的体积流量为:Q=0.785DE/KB式中: Q-体积流量E-感应电势由此式可知,当测量管结构、磁场感应强度一定时,

3、体积流量与感应电势成正比。感应电势由电极检出,送转换器智能化处理,显示或输出。一、各种介质对测量的影响 流速分布的影响由流体力学知道,液体在管道内流动时,管道横截面上各点的流速是不相等的,但不管是层流还是紊流,经一定距离的直管段后,流速分速即可成为轴对称分布, 流速在管轴中心处为最大,在管壁处为零,其平均流速为V ,只要流速分布相对测量管中心轴为对称的,则在电极上产生的感应电动势大小与各点的流速分布状态无关,而只是与被测液体的平均流速成正比。因此,流速分布为轴对称是均匀磁场型电磁流量计必须满足的工作条件之一。假如流速分布相对管中心轴为非对称时,虽然总的流量相同,但在电极附近感应电动势大,所以测

4、得的信号比实际流量值大;相反,在与电极成90°的地方感应电动势小所得的信号比实际流量值小,造成测量误差。因此,为了使流速度分布轴对称,流量计前加直管段是必要的。 磁场边缘效应对测量的影响若假定沿流体的流动方向上磁场始终是均匀的.实际上,这意味着沿管轴方向上的磁场为无限长,而实际流量计的磁场是有限长的,所以就必须考虑有限长磁场产生的边缘效应对测量的影响。假定管壁是绝缘的,电极附近磁场大致是均匀的,两端则逐渐减弱,形成不均匀的边缘,最后下降为零。这样,使得液体内部电场E也不均匀,将产生涡电流。由涡电流所产生的二次磁通反过来改变磁场边缘部分的工作磁通,使磁场的均匀性进一步遭到破坏。这时,在

5、电极上测得的感应电动势与无限长磁场下的感应电动势大小不一样,产生了误差。假如管壁是导电的,由于导电管壁的短路作用,磁场边缘效应就会更加明显,随着管壁导电率和壁厚的变化,这种影响也将更见明显,从而导致电极上感应电动势的损失增加,对电磁流量计来说,测量管壁绝缘是非常必要的,所以管壁通常要涂上绝缘层。若被测介质中含有导磁性物质,磁场边缘效应就更复杂。由于导磁物质的存在,使磁场发生严重畸变,造成测量的非线性。所以对于所测液体中含有液态金属的,一般采用直流励磁以减少磁场边缘效应。被测介质电导率的影响目前,电磁流量计转换器的输入阻抗已有所提高,测量导电性液体时,一般不会因介质电导率稍有变化而引起误差,但对

6、于一定的转换器输入阻抗,被测介质的电导率有一个下限值,不能低于该下限值。被测介质的电导率太大也是不允许的。例如当电导率超过10-1(S/cm左右时,就会降低流量信号,改变指示值,即指示流量值小于实际流量值。当被测介质的电导率很大时,外电路的电阻较小,这时不管转换器的输入阻抗有多高,并联的结果将取决于这部分液体外电路,从而减小变送器与转换器之间的传输精度。所以,对一个电磁流量计来说,测量不受介质电导率影响是有一定范围的,被测介质电导率既不能太大,也不能太小。假如介质的电导率极高,磁场边缘区将产生很大的涡电流,引起二次磁通,使工作磁场边缘区域两侧的磁场分别被削弱和增强。所以测电导率高的介质不宜用交

7、流励磁,而应用直流激磁。随着电子技术的发展,转换器输入阻抗的提高,必将可以降低被测介质电导率的下限。二、电磁流量计使用中的常见故障1. 安装造成的故障仪表安装常见的故障通常由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。安装方面,通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障,常见的如将传感器安装在易积聚气体的管路最高点;或安装在自上而下的垂直管上,可能出现排空;或传感器后无背压,流体直接排入大气而形成测量管内非满管。2. 运行期故障运行期故障是电磁流量计经调试并正常运行一段时期后出现的故障,常见的运行期故障一般由流量传感器内壁附着层、雷电打击以及环境条件变化等因素引起。(1运行环境方面通常主要

8、是管道杂散电流干扰,空间强电磁波干扰,大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好的单独接地保护就可获得满意结果,但如遇到强大的杂散电流(如电解车间管道,有时在两电极上感应的交流电势峰值Vpp可高达1V,尚需采取另外措施和流量传感器与管道绝缘等。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入,通常采用单层或多层屏蔽予以保护。(2传感器内壁附着层由于电磁流量计常用来测量脏污流体,运行一段时间后,常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。若附着物为绝缘层,则电极回路将出现断路,仪表不能正常工作;若附着层电导率显著高于流体电导率,则电极回路将出现短路,仪表也不能正

9、常工作。所以,应及时清除电磁流量计测量管内的附着结垢层。(3雷电打击雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流,使仪表损坏。它主要通过电源线或励磁线圈或传感器与转换器之间的流量信号线等途径引入,尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。(4流体方面液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量,气泡增大会使输出信号波动,若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面,使电极信号回路瞬时断路,输出信号将产生很大波动。低频(50/16 Hz-50/6 Hz矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声,输出信号亦会有一定程度波动。两种或两种以上液体作管道混合工艺时,若两种液体电导率(或各自与电极间电

10、位有差异,在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量,输出信号亦会产生波动。电极材质与被测介质选配不善,产生钝化或氧化等化学作用,电极表面形成绝缘膜,以及电化学和极化现象等,均会妨碍正常测量。测量混合介质时,如果在混合未均匀前就进入流量传感进行测量,也将使输出信号产生波动。三、流量传感器的选用电磁流量计电极材料的选用,电极材料与被测介质选配不当,将由于化学作用或极化现象而影响正常测量,应根据被测介质的腐蚀性选择电极材料。根据被测介质的腐蚀性、磨损性和温度选择电磁流量计内衬材料。尽量选择有防雷击功能的电磁流量计。四、流量传感器安装1、对安装场所的要求。(1测量混合相流体时,选择不会引起相分离的场

11、所;测量双组分液体时,避免装在混合尚未均匀的下游;测量化学反应管道时,要装在反应充分完成段。(2尽可能避免测量管内变成负压。(3选择震动小的场所,特别对一体型仪表。(4避免附近有大电机、大变压器等,以免引起电磁场干扰。(5易于实现传感器单独接地的场所。(6尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体。(7环境温度在-2560范围内,环境相对湿度在10%9O%范围内,尽可能避免阳光直射。(8液体应具有测量所需的电导率,并要求电导率分布大体上均匀。因此流量传感器安装要避开容易产生电导率不均匀场所,例如其上游附近加入药液,加液点最好位于传感器下游。2 、直管段长度要求电磁流量计对前后直管段要求比较低,对于90o弯管、T形三通、同心异径管、全开闸阀后通常只要离电极中心线(不是传感器进口端连接面5倍直径长度的直管段,不同开度的阀则需1OD;下游直管段为3D。测量不同介质的混合液体时,混合点与流量计之间的距离最少要大于30D.3、安装位置和流动方向传感器安装方向水平、垂直或倾斜均可,不受限制。但测量固、液两相流体最好垂直安装,自下而上流动。这样能避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重,低流速时固相沉淀等缺点。水平安装时要使电极轴线平行于地平线,防止由于液体中偶存气泡擦过遮住电极表面造成绝缘,也可防止底部的电极被沉积物覆盖。垂直安装时,应使流动方向向上,这样可以使无流