電磁流量計(jì)應(yīng)用中有關(guān)問題探討-江蘇金湖泰克儀表有限公司
電磁流量計(jì)應(yīng)用中有關(guān)問題探討
一、 非軸對(duì)稱流動(dòng)引起的誤差
流體在管內(nèi)流速為軸對(duì)稱分布時(shí),且在均勻磁場中,流量計(jì)電極上所產(chǎn)生的電動(dòng)勢的大小與流體的流速分布無關(guān),與流體的平均流速成正比,而非軸對(duì)稱流速分布時(shí),即每個(gè)流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于電極幾何位置的不同,對(duì)電極所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小也不同,愈靠近電極,速度大的質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大,因此,必須保證流體流速為軸對(duì)稱。如管內(nèi)流速為非軸對(duì)稱分布就會(huì)引起誤差。因而在選裝電磁流量計(jì)時(shí)要盡可能保證直管段的要求以減小其所引起的誤差。
二、 流體電導(dǎo)率的問題
流體電導(dǎo)率的降低,將增加電極的輸出阻抗,并且由轉(zhuǎn)換器輸入阻抗引起的負(fù)載效而產(chǎn)生誤差,因此,按如下所述原則,規(guī)定了電磁流量計(jì)應(yīng)用中流體的電導(dǎo)率的下限。
電極的輸出阻抗決定了轉(zhuǎn)換器所需的輸入阻抗的大小,而電極輸出阻抗,可認(rèn)為流體的電導(dǎo)率和電極大小所支配。
在理論分析時(shí),將電極作為點(diǎn)電極,大小可以忽略,實(shí)際上,電極有一定大小,當(dāng)直徑為d的圓板電極與電導(dǎo)率為K的半無限展寬的流體接觸時(shí),其展寬電阻為1/2Kd,因此,如果管道直徑D>>d,則電極的輸出阻抗為兩個(gè)展寬電阻之和,即等于1/Kd。
一般測量的流體電導(dǎo)率的下限為5µS/㎝~10µS/㎝,所以,若電極直徑為1㎝,則電極的輸出阻抗就為1/Kd=100kΩ~200kΩ,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200MΩ左右。
三、 電極襯里附著物的影響
在測量有附著沉淀物的流體時(shí),電極表面將受污染,常常引起零點(diǎn)變動(dòng),故必須注意。
零點(diǎn)變化和電極污染程度兩者的關(guān)系,要進(jìn)行定量分析比較困難,但可以說,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。
在襯里上附著沉淀物時(shí)產(chǎn)生的誤差Δε,如果附著的厚度是一樣,則可由式:
Δε=1-2/[1+(Kω/Kf)+(1- Kω/Kf )×(1-2t/D)2]計(jì)算,式中Kω、Kf分別為附著物和測量流體的電導(dǎo)率,附著物厚度為t,直徑為D。
若式中,Kω和Kf相等,則*,附著物的電導(dǎo)率較低時(shí),上式也成立,但因?yàn)闀?huì)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,使電極輸出偏低,造成負(fù)偏差。
在測量具有沉淀附著物的流體時(shí),除了選擇如玻璃或聚四氯乙烯等難以附著沉淀的襯里外,還應(yīng)增其流速。如果在流體中均勻地含有氣泡,則測量的是包括氣泡的體積流量,并且使所測流量值不穩(wěn)定,而引入誤差。
綜上所述,在選用流量計(jì)特別是大口徑電磁流量計(jì)時(shí),應(yīng)考慮今后對(duì)傳感器的電極及襯里的維護(hù)問題。如選用上海光華·愛而美特儀器有限公司的刮刀電極或可更換式電極,或者在傳感器的上游或下游的適當(dāng)位置預(yù)置一個(gè)清洗用入孔,以便日后清洗傳感器。
四、 信號(hào)傳輸電纜長度的問題
傳感器(即電極)與轉(zhuǎn)換器之間的連接電纜愈短愈好。但有些現(xiàn)場受安裝環(huán)境位置的限制,轉(zhuǎn)換器與傳感器的距離較遠(yuǎn),這時(shí)要考慮連接電纜的zui大長度問題。傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的連接電纜的zui大長度又由電纜的分布電容和被測流體的電導(dǎo)率決定。
實(shí)際使用中,當(dāng)被測流體的電導(dǎo)率是在一定的范圍之間,因此就決定了電極與轉(zhuǎn)換器之間電纜的zui大長度。當(dāng)電纜長度超過zui大長度時(shí),由電纜分布電容引起的負(fù)載效應(yīng)就成了問題。為防止這種情況發(fā)生,使用雙芯兩層屏蔽電纜,由轉(zhuǎn)換器提供低阻抗電壓源使內(nèi)側(cè)屏蔽與芯線得到相同的電壓,以形成屏蔽,即使芯線與屏蔽之間有分布電容存在,但芯線與屏蔽是同電位,則兩者之間就無電流通過,也無電纜的負(fù)載效應(yīng)存在,因此可延長信號(hào)電纜zui大長度。另外,還可用特殊信號(hào)傳輸電纜延長轉(zhuǎn)換器與傳感器之間的zui大長度。
五、 勵(lì)磁的技術(shù)問題
勵(lì)磁技術(shù)是電磁流量計(jì)測量性能的關(guān)鍵技術(shù)之一,勵(lì)磁方式在實(shí)際應(yīng)用上可分成 交流正弦波勵(lì)磁,非正弦波交流勵(lì)磁和直流勵(lì)磁方式。
交流正弦波勵(lì)磁,當(dāng)交流電源電壓(有時(shí)是頻率)不穩(wěn)時(shí),磁場強(qiáng)度將有所改變,所以電極間產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也變動(dòng),因而,必須從傳感器取出對(duì)應(yīng)于計(jì)算磁場強(qiáng)度的信號(hào),作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這種勵(lì)磁方式易引起零點(diǎn)變動(dòng),而降低其測量精度。
非正弦波交流勵(lì)磁,是采用低于工業(yè)頻率的方波或三角波勵(lì)磁的方式,可以認(rèn)為產(chǎn)生恒定直流,周期性地改變極性的方式,因這種勵(lì)磁電源穩(wěn)定,故不必為除去磁場強(qiáng)度的變動(dòng)而進(jìn)行運(yùn)算。
交流勵(lì)磁方式的主要問題是感應(yīng)噪聲嚴(yán)重。
直流勵(lì)磁方式,則是在電極上的極化電位成了重要障礙。故一定值的直流勵(lì)磁方式僅適用于非電解質(zhì)(如液態(tài)金屬)液體的測量。
在測量自來水、源水等水溶液時(shí),一般采用周期性間歇的直流勵(lì)磁方式。間歇周期應(yīng)選為交流電源周期的整數(shù)倍,可消除交流電源頻率的噪聲,排除了交流磁場的電渦流和直流磁場的極化干擾。
勵(lì)磁頻率降低,零點(diǎn)穩(wěn)定性可以提高,但儀表抗低頻*力減弱,響應(yīng)速度慢,如果勵(lì)磁頻率高,則抗低頻干擾的能力增強(qiáng),但儀表的零點(diǎn)穩(wěn)定性降低。這一問題到二十世紀(jì)七十年代研究出了低頻矩形波(50Hz的1/2~1/32),解決了長期困擾電磁流量計(jì)的工頻干擾,提高了零點(diǎn)穩(wěn)定性和測量度;二十世紀(jì)八十年代又出現(xiàn)了三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)(有50Hz的1/8為周期,采用正弦規(guī)律變化的勵(lì)磁電流),具有更好的零點(diǎn)穩(wěn)定性,解決了干擾電勢的影響,但降低了響應(yīng)速度,并且在測量泥漿、紙漿等含固體顆粒和纖維流體及低導(dǎo)電率流體測量時(shí),會(huì)產(chǎn)生電噪聲(因流體摩擦電極,使電極表面氧化膜剝離后又形成所致),使輸出信號(hào)擺動(dòng)不穩(wěn);二十世紀(jì)八十年代末又針對(duì)這些問題推出了雙頻矩形波勵(lì)磁方式,其勵(lì)磁波形由低頻(6.25Hz)矩形波和高頻(75Hz)矩形波疊加構(gòu)成,分別采樣與之相對(duì)應(yīng)的流量信號(hào),得到低頻和高頻特征的兩種信號(hào)經(jīng)過處理后可再現(xiàn)實(shí)際流量的信號(hào)值。因此這種技術(shù)既具有低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)優(yōu)良的零點(diǎn)穩(wěn)定性,又具有高頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)對(duì)流體噪聲較強(qiáng)的抑制能力。
六、 傳感器接地的問題
電磁流量計(jì)傳感器電極檢測的流量信號(hào)是毫伏級(jí),且以傳感器內(nèi)流體的電位為基準(zhǔn)的,所以外來干擾對(duì)它的影響很大,因而,良好的接地很大程度上決定著流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度。被測的流體本身作為電導(dǎo)體,必須排除其他不相關(guān)的電磁干擾。電極檢測出的電勢信號(hào),不受外界寄生電勢的干擾。對(duì)傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線,接地電阻小于10Ω。在連接傳感器的管道內(nèi)若涂有絕緣層或是非金屬管道時(shí),傳感器兩側(cè)應(yīng)裝有接地環(huán)。
七、 結(jié)束語
今后隨著電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用,使電磁流量計(jì)擴(kuò)大了應(yīng)用范圍,可以測量以往不能測量的一些流體;能進(jìn)行各種誤差補(bǔ)償,提高了測量準(zhǔn)確度;具有轉(zhuǎn)換線路異常、檢測部分異常、誤設(shè)定、空管、過限報(bào)警等自診斷功能;可通過手操器或計(jì)算機(jī)等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信,以調(diào)整電磁流量計(jì)的零點(diǎn)、量程變更、阻尼變更等。近年來,生產(chǎn)廠家推出了多種形式的電磁流量計(jì)以適應(yīng)不同性質(zhì)流體的測量。如:陶瓷襯里電磁流量計(jì),無電極電磁流量計(jì)和采用多電極電磁流量。
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