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提高電磁流量計測量準(zhǔn)確性的工程實施方法
分析了被測介質(zhì)電導(dǎo)率、流速分布與直管段、電極結(jié)垢與附著層、安裝條件和運(yùn)行環(huán)境5 方面工程因素對電磁流量計準(zhǔn)確測量的影響, 提出了提高電磁流量測量準(zhǔn)確性的工程對策。從而保證電磁流量計在工程應(yīng)用中能夠準(zhǔn)確測量, 使其充分發(fā)揮其計量作用, 為流量檢測提供可靠的測量數(shù)據(jù).
電磁流量計
流量測量廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)試驗、國內(nèi)外貿(mào)易等各個領(lǐng)域, 然而, 流量測量是一項復(fù)雜的技術(shù). 由于流量是一個動態(tài)量, 被測流體的特性復(fù)雜、測量條件又各不相同, 因此流量測量的準(zhǔn)確可靠性較難保證. 為了準(zhǔn)確的測量流量, 人們已研究開發(fā)出速度式流量計、容積流量計、動量式流量計、電磁流量計、超聲波明渠流量計等幾十種流量計. 其中, 電磁流量計以其優(yōu)越的性能, 在諸多領(lǐng)域廣泛采用. 但在實際使用中, 影響流量計精確測量的因素較多, 經(jīng)常會出現(xiàn)流量計本身檢定合格, 而實際卻感覺計量.. 不準(zhǔn)..的現(xiàn)象. 本文在確保電磁流量計本身計量檢定合格的基礎(chǔ)上, 分析了工程上影響電磁流量計測量準(zhǔn)確性的因素, 提出了提高電磁流量計測量準(zhǔn)確性的工程實施方法.
1 影響電磁流量計準(zhǔn)確測量因素
圖1 .. 電磁流量計工作原理電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來工作的, 即導(dǎo)電流體以平均速度v 流過垂直于流動方向的磁場, 其感應(yīng)電勢E 通過與流體直接接觸的電極( 又稱傳感器) 檢測出來. E = K BvD .. , ( 1) 式中: K 為儀表常數(shù); B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度( T) ; v 為流體運(yùn)動平均速度( m/ s) ; D 為管道內(nèi)徑(m) . 當(dāng)K 、B 、D 確定下來后, E 與v 成正比. 其工作原理和結(jié)構(gòu)如圖1 所示. 根據(jù)流體的體積流量公式: Q = 1/ 4..D2v .. , ( 2) Q 是v 的正比函數(shù), 代入公式( 1) , 那么E 也是Q 的正比函數(shù), 由此, 測出了感應(yīng)電壓E 也即測出了介質(zhì)的體積流量Q. 電磁流量計由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成. 傳感器測出的感應(yīng)電壓E 由電纜送至轉(zhuǎn)換器, 通過智能化處理, 然后LCD 顯示, 或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號4~ 20 mA 輸出. 根據(jù)以上測量原理, 實際使用中, 影響電磁流量計準(zhǔn)確測量的工程因素主要有以下5 個方面:
( 1) 被測介質(zhì)電導(dǎo)率的影響. 被測流體的電導(dǎo)率決定了轉(zhuǎn)換器所需的輸入阻抗大小, 流體電導(dǎo)率降低, 電極的輸出阻抗將增加, 并且由轉(zhuǎn)換器輸入阻抗引起負(fù)載效應(yīng)而產(chǎn)生誤差. 因此, 電磁流量計應(yīng)用中規(guī)定了流體的電導(dǎo)率的下限. 理論上, 把電極看作點(diǎn)電極, 忽略其大小, 實際上, 電極有一定尺寸, 當(dāng)直徑為d 的圓形電極與電導(dǎo)率為..的半無限展寬的流體接觸時, 其展寬電阻為1/ ( 2..d ) , 因此, 如果管道直徑D .. d, 則電極的輸出阻抗為兩個展寬電阻之和, 即等于1/ ( ..d ) . 一般測量的流體電導(dǎo)率..的下限為5 ~ 10 ..s/ cm, 所以, 若電極直徑d 為1 cm, 則電極的輸出阻抗就為1/ ( ..d ) = 100 ~ 200 k.. , 為使輸出阻抗的影響限制在0. 1% 以下, 轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗應(yīng)為200 M .. 左右. 對于電磁流量計, 選型時必須考慮流體電導(dǎo)率要大于5 ..s/ cm 的閾值( 即下限值) 要求.
( 2) 流速分布與直管段的影響. 根據(jù)公式( 1) 知, 如果流速以中心軸為對稱流動, 感應(yīng)電勢與流速分布無關(guān), 僅正比于平均流速. 若流速為非中心軸對稱分布, 圖2 表示90 ..彎頭與突擴(kuò)管的流線分布與速度剖面, 每個流動質(zhì)點(diǎn)相對于電極幾何位置不同, 對電極產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小也不同, 越靠近電極, 速度大的質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大, 容易引起誤差, 因此, 必須保證流體流速為中心軸對稱. 工程上, 正確的安裝可以減小此類誤差. 圖2.. 彎頭及突變管的流速分布盡管電磁流量計生產(chǎn)廠家不斷追求流量計本身的精度, 但實際工程中, 工藝管道中的彎管、閥門等都會引起流動畸變、二次流或漩渦, 破壞了原有充分均勻的流速分布狀況. 只有經(jīng)過相當(dāng)長的直管段, 才能讓流體恢復(fù)其軸對稱的流速分布. 若實際工藝管道上下游直管段不足, 可以通過安裝流動調(diào)整器來調(diào)整.
( 3) 電極結(jié)垢和附著層的影響. 在測量如紙漿、污水等非清潔流體時, 電極表面易受污染, 引起零點(diǎn)變動, 但零點(diǎn)變化和電極污染程度兩者的關(guān)系, 很難進(jìn)行定量分析比較, 根據(jù)經(jīng)驗, 電極直徑越小, 所受的影響越少, 在使用中, 應(yīng)注意電極的清污, 以防止附著. 設(shè)在襯里上附著沉淀物時產(chǎn)生的誤差...., 如果附著的厚度是一樣, 則可由式( 3) 計算: .... = 1- 2/ [ 1+ ( k ../ kf ) + ( 1 - k../ kf ) * ( 1 - 2t/ D) 2 ] .. , ( 3) 式中: k..、kf 分別為附著物和測量流體的電導(dǎo)率; t 為附著物厚度; D 為直徑. 若式( 3) 中k.. 和、kf 相等, 則誤差為零, 附著物的電導(dǎo)率較低時, 上式仍然成立, 但會增加電極的輸出阻抗, 因此受到限制, 如絕緣性沉淀物浸在流體中就是這種情況. 相反, 如附著金屬粉末等, 因高電導(dǎo)率的附著層, 使感應(yīng)電勢短路, 電極輸出偏低, 造成負(fù)偏差. 在測量具有沉淀附著物的流體時, 可通過合理選擇傳感器內(nèi)襯材料等方法減少測量誤差, 除了選擇如玻璃或聚四氯等難以附著沉淀的襯里外, 還應(yīng)增加其流速, 流體快速流動的同時能夠起到?jīng)_刷電極、清潔電極的作用, 減少誤差.
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