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      電磁流量計

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      淺談電磁流量計的選型及應用

      來源:作者:發表時間:2018-06-21 09:35:21

       摘要:介紹電磁流量計在選型應用時需要注意的諸多要素,以實現流量計量系統的準確性、穩定性和可靠性。

       
      1、概述
          電磁流量計(簡稱EMF)是利用法拉第電磁感應定律制成的一種側量導電液體體積流量的流量計。20世紀50年代初,電磁流量計實現了工業化應用。近年來,在世界范圍內,三暢電磁流量計產量約占工業流量儀表總數的5%^"6.5%。特別是近幾年,該數值比例呈逐年上升趨勢。電磁流量計作為工業流量測量儀表的一種,其具有諸多優點,如壓損極小;可測流量范圍大;適用的工業管徑范圍寬,**大可達3000mm;輸出信號和被測流量成線性,精確度較高;可測量電導率>5us/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等流體流量。電磁流量計應用領域非常廣泛,按應用場合有大口徑、中小口徑、小口徑和微小口徑之分,其中大口徑電磁流量計較多應用于給排水、污水處理及油氣田注水等工程,中小口徑常應用于固液雙相等難測流體或高要求場所,如測量造紙工業紙漿液和黑液、有色冶金業的礦漿、選煤廠的煤漿、化學工業的強腐蝕液、鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制、長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制等,而小口徑和微小口徑常應用于醫藥工業、食品工業、生物工程等有衛生要求的場所。
       
      2、電磁流量計的選型
      2.1電磁流量計的工作原理
          電磁流量計的工作原理是根據法拉第電磁感應定律,導體在磁場中運動時切割磁力線,在導體的兩端產生感應電動勢,如圖1所示。電動勢的方向由右手定則確定。導電性液體的流動方向、磁場和感應電動勢的方向三者互相垂直。
      電磁流量計原理圖
      電磁流量計計算公式為:
      E=kBDv
      式中:
      E為感應電動勢,即流量信號,V;
      k為系數;
      B為磁感應強度,T;
      D為測量管內徑,m;
      v為液體平均流速,m/s;
      設:液體體積流量為q v,
      則:20180621093735.jpg
      故:QQ截圖20180621093756.jpg
       
      2.2電磁流量計的選型
          電磁流量計是一種在工業流程中**為常見的流量測量儀表,電磁流量計的穩定與可靠,對于整個計量系統影響很大。保證電磁流量計穩定及可靠的工作,**重要的是選型。一臺不適合測量工況的三暢電磁流量計,即使在日常使用中完全符合操作規范,頻繁精細的保養維護,也無法避免頻繁的故障。電磁流量計在選型中通常應注意以下7大要素:
       
          (1)精度等級和功能
          電磁流量計的精度等級高低不同。精度高的基本誤差為(士0.5%一士1%) R,精度低的則為(士1.5%一士2.5%) FS。有些型號電磁流量計有更高的精確度,基本誤差僅(士0.2%一士0.3%) R,但有嚴格的安裝要求和參比條件,例如環境溫度、前后置直管段長度等因素。因此在選型時應根據產品樣本和工況條件進行綜合對比。
          電磁流一量計測量功能差別也很大,簡單的只是鋇(量單向流.ta,輸出模擬信號至控制系統或顯示儀表;多功能的有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小流Lr.!T!.切除、流}.1顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機通信和運動組態等。電磁流量計可選多種串行數字通信接口,如HART協議、PROFTBUS, FF現場總線等。
       
          (2)流速、滿度流量和口徑
          電磁流量計滿度流量時液體流速可在1- tOm/s范圍內選用,范圍比較寬。上限流速在原理上雖不受限制,但通常建議不超過5m/s,除非襯里材料能承受液流沖刷;實際應用中很少超過7m/s,超過lOm/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為l m/s,有些型號電磁流量計則為0.5m/s。用于有易粘附、沉積、結垢等物質的流體,選用流速不低于2m/s,**好提高到3-4m/s或以上,起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強的流體,常用流速應低于2-3m/s,以降低對襯里和電極的磨損。在測**接近闌值的低電導液體,盡可能選定較低流速((<O.5-1m/s),因流速提高流動噪聲會增加,而出現輸出晃動現象。
       
          電磁流量計口徑從10mm-3000mm不等。三暢電磁流量計口徑選型不一定與管徑相同,具體應根據流量范圍結合選型樣本進行確定。通常按流IAI范圍可進行縮徑或同徑選擇,當采用縮徑處理時,一般不應縮至管徑1/2以下。
          {3)液體電導率
          選用電磁流量計的前提是被測液體必須是導電的,不能低于閡值下限值。電導率低于閡值會產生測量誤差直至不能使用,超過閡值即使變化也可以測量,示值誤差變化不大,通用型電磁流量計的闌值在10-4- (5 X 10-6) S/cm之間,視型號而異。使用時還取決于傳感器和轉換器間流量信號線長度及其分布電容,制造廠使用說明書中通常規定電導率相對應的信號線長度。非接觸電容禍合大面積電極的儀表則可測電導率低至5 X 10-8S/cm的液體。
          工業用水及其水溶液的電導率>>10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導率在10-4'10-'S/cm之間,計量不存在問題,低度蒸餾水為10-SS/cm也不存在問題。石油制品和有機溶劑電導率過低就不能使用。通常液體電導率宜比流量計制造廠規定的閡值至少大一個數量級。因為制造廠儀表規范規定的下限值是在各種使用條件較好狀態下可測量的**低值。是受到一些使用條件限制,如電導率均勻性、連接信號線、外界噪聲等,否則會出現輸出晃動現象等。
       
          {4)液體中含有混入物
          混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作,但測得的是含氣泡體積的混合體積流量;如氣體含量增加到形成彈(塊)狀流,因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時斷開,出現輸出晃動甚至不能正常工作。
          對含有硬質固體顆粒介質的計量應用,應注意對傳感器襯里的磨損程度,測量管內徑擴大會產生附加誤差。這種場合應選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨醋橡膠襯里,同時建議傳感器安裝在垂直管道上,使管道磨損均勻,消除水平安裝下半部局部磨損嚴重的缺點。也可以在傳感器進口端加裝噴嘴形護套,相對延長使用期。
       
          (5)附著和沉淀
          測量易在管壁附著和沉淀物質的流體時,若附著的是比液體電導率高的導電物質,信號電勢將被短路而不能工作,若是非導電層則應注意電極的污染,譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。
          國外產品曾有電極上裝超聲波換能器,以清除表面垢層,但現已少見;也有暫時斷開測量電路,在電極簡短時間內流過低壓大電流,灼燒清除附著油脂類附著層。易產生附著的場所可提高流速以達到自清掃的目的,還可以采取較方便的易清洗的管道連接,可不拆卸清洗傳感器。非接觸型電極電磁流量計附著非導電膜層,三暢流量計仍能工作,但若為高導電層則同樣不能工作。
       
            (6)襯里材料的選擇
          電磁流量計常用襯里材料(或直接與介質接觸的鋇J量管)有氟塑料、聚氨醋橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁陶瓷制成襯里的,但只限中小口徑傳感器。氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業用水、廢污水及弱酸堿,價格**為低廉。氟塑料具有優良的耐化學腐蝕性,但耐磨性差,不能用于測量礦漿液。氟塑料中**早應用的是聚四氟乙烯,因與測量管間僅靠壓貼,無粘結力,不能用于負壓管道,后開發各種改性品種,實現注塑成形,與測量管有較強結合力,可用于負壓,聚氨酷橡膠有極好的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當于天然橡膠的10倍,適用于煤漿、礦漿等;介質溫度要低于4060/700C。氧化鋁陶瓷有極好的耐磨耗性和對強酸堿的耐磨腐蝕性,耐磨性約為聚氨醋橡膠的10倍,適用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆,安裝夾緊時疏忽易碎,可用于較高溫度(120140/1800C)但要防止溫度劇變,如通蒸汽滅菌,一般溫度突變不能>1000C,升溫1500C要有10min時間。
       
          (7)電極和接地環材料選擇
          1)電極材料選擇
          電極對測量介質的耐腐是選擇材料首先考慮的因素;其次考慮是否會產生鈍化等表面效應和所形成的噪聲。
       
          ①電極耐腐蝕材料
          電磁流量計電極的耐腐蝕性要求很高,常用金屬材料有含鑰耐酸鋼,哈氏合金等,幾乎可覆蓋全部化學液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,它們是導電橡膠電極、導電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。在原則上電極材料的選擇應從使用者借鑒該介質在其他設備的應用實際和以往的經驗來確定。
          ②避免電極表面效應
          電磁流量計電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時候電極材料對被測介質有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是適用的材料,還要避免產生電極表面效應。電極表面效應分為表面化學反應、電化學和極化現象以及電極的觸媒作用三個方面?;瘜W反應效應如電極表面與被測介質接觸后,形成鈍化膜或氧化層。他們對耐腐蝕性能可能起到積極保護作用,但也有可能增加表面接觸電阻。例如擔與水接觸就會被氧化,生成絕緣層。對于避免或減輕電極表面效應的介質一電極材料匹配,還沒有像腐蝕性那樣有充足的資料可查,只有一些有限經驗,尚待在實踐中積累。
       
          2)接地環材料選擇
          接地環連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端,其耐腐蝕要求比電極低,可定期更換。接地環材料通常選用耐酸鋼或哈氏合金,因體積大從經濟上考慮較少采用擔、鉑等貴重金屬。因金屬工藝管道直接與流體接觸,電磁流量計不需要接地環。
       
      3、結束語
          電磁流量計是酸、堿、鹽溶液、水、污水以及泥漿、礦漿等介質常用的量化手段及可視化窗口。三暢電磁流量計的合理選型是計量數據真實、準確、可靠的根本性保證,直接影響到企業生產經營的決策速度和決策水平,直接關系到企業經濟效益和社會信譽。做好電磁流量計選型工作是儀表人孜孜不倦的追求。
       
      日日干夜夜操

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