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深入探讨电磁流量计的技术问题

来源:www.jsowyb.com 发布时间:2012-10-16 10:27:09
电磁流量计技术的深入研究

一、非轴对称流动引起的误差

  流体在管内流速为轴对称分布时,且在均匀磁场中,流量计电极上所产生的电动势的大小与流体的流速分布无关,与流体的平均流速成正比,而非轴对称流速分布时,即每个流动质点相对于电极几何位置的不同,对电极所产生的感应电动势的大小也不同,愈靠近电极,速度大的质点所产生的感应电动势越大,因此,必须保证流体流速为轴对称。如管内流速为非轴对称分布就会引起误差。因而在选装电磁流量计时要尽可能保证直管段的要求以减小其所引起的误差。

二、流体电导率的问题
  流体电导率的降低,将增加
电极的输出阻抗,并且由转换器输入阻抗引起的负载效而产生误差,因此,按如下所述原则,规定了电磁流量计应用中流体的电导率的下限。
  电极的输出阻抗决定了转换器所需的输入阻抗的大小,而电极输出阻抗,可认为流体的电导率和电极大小所支配。
  在理论分析时,将电极作为点电极,大小可以忽略,实际上,电极有一定大小,当直径为d的圆板电极与电导率为K的半无限展宽的流体接触时,其展宽电阻为1/2Kd,因此,如果管道直径D>>d,则电极的输出阻抗为两个展宽电阻之和,即等于1/Kd。
  一般测量的流体电导率的下限为5?S/㎝~10?S/㎝,所以,若电极直径为1㎝,则电极的输出阻抗就为1/Kd=100kΩ~200kΩ,为使输出阻抗的影响限制在0.1%以下,转换器的输入阻抗应为200MΩ左右。

三、电极衬里附着物的技术问题

  在测量有附着沉淀物的流体时,电极表面将受污染,常常引起零点变动,故必须注意。
  零点变化和电极污染程度两者的关系,要进行定量分析比较困难,但可以说,电极直径越小,所受的影响越少,在使用中,应注意电极的清污,以防止附着。
  在衬里上附着沉淀物时产生的误差Δε,如果附着的厚度是一样,则可由式:
  Δε=1-2/[1+(Kω/Kf)+(1-Kω/Kf)×(1-2t/D)2]计算,式中Kω、Kf分别为附着物和测量流体的电导率,附着物厚度为t,直径为D。
  若式中,Kω和Kf相等,则无误差,附着物的电导率较低时,上式也成立,但因为会增加电极的输出阻抗,因此受到限制,如绝缘性沉淀物浸在流体中就是这种情况。相反,如附着金属粉末等,因高电导率的附着层,使感应电势短路,使电极输出偏低,造成负偏差。
  在测量具有沉淀附着物的流体时,除了选择如玻璃或聚四氯乙烯等难以附着沉淀的衬里外,还应增其流速。如果在流体中均匀地含有气泡,则测量的是包括气泡的体积流量,并且使所测流量值不稳定,而引入误差。
  综上所述,在选用流量计特别是大口径电磁流量计时,应考虑今后对传感器的电极及衬里的维护问题。如选用上海光华·爱而美特仪器有限公司的刮刀电极或可更换式电极,或者在传感器的上游或下游的适当位置预置一个清洗用入孔,以便日后清洗传感器。

四、信号传输电缆长度的技术问题

  传感器(即电极)与转换器之间的连接电缆愈短愈好。但有些现场受安装环境位置的限制,转换器与传感器的距离较远,这时要考虑连接电缆的最大长度问题。传感器与转换器之间的连接电缆的最大长度又由电缆的分布电容和被测流体的电导率决定。
  实际使用中,当被测流体的电导率是在一定的范围之间,因此就决定了电极与转换器之间电缆的最大长度。当电缆长度超过最大长度时,由电缆分布电容引起的负载效应就成了问题。为防止这种情况发生,使用双芯两层屏蔽电缆,由转换器提供低阻抗电压源使内侧屏蔽与芯线得到相同的电压,以形成屏蔽,即使芯线与屏蔽之间有分布电容存在,但芯线与屏蔽是同电位,则两者之间就无电流通过,也无电缆的负载效应存在,因此可延长信号电缆最大长度。另外,还可用特殊信号传输电缆延长转换器与传感器之间的最大长度。

五、励磁的技术问题

  励磁技术是电磁流量计测量性能的关键技术之一,励磁方式在实际应用上可分成交流正弦波励磁,非正弦波交流励磁和直流励磁方式。
  交流正弦波励磁,当交流电源电压(有时是频率)不稳时,磁场强度将有所改变,所以电极间产生的感应电动势也变动,因而,必须从传感器取出对应于计算磁场强度的信号,作为标准信号。这种励磁方式易引起零点变动,而降低其测量精度。
  非正弦波交流励磁,是采用低于工业频率的方波或三角波励磁的方式,可以认为产生恒定直流,周期性地改变极性的方式,因这种励磁电源稳定,故不必为除去磁场强度的变动而进行运算。
  交流励磁方式的主要问题是感应噪声严重。
  直流励磁方式,则是在电极上的极化电位成了重要障碍。故一定值的直流励磁方式仅适用于非电解质(如液态金属)液体的测量。
  在测量自来水、源水等水溶液时,一般采用周期性间歇的直流励磁方式。间歇周期应选为交流电源周期的整数倍,可消除交流电源频率的噪声,排除了交流磁场的电涡流和直流磁场的极化干扰。
  励磁频率降低,零点稳定性可以提高,但仪表抗低频干扰能力减弱,响应速度慢,如果励磁频率高,则抗低频干扰的能力增强,但仪表的零点稳定性降低。这一问题到二十世纪七十年代研究出了低频矩形波(50Hz的1/2~1/32),解决了长期困扰电磁流量计的工频干扰,提高了零点稳定性和测量精确度;二十世纪八十年代又出现了三值低频矩形波励磁技术(有50Hz的1/8为周期,采用正弦规律变化的励磁电流),具有更好的零点稳定性,解决了干扰电势的影响,但降低了响应速度,并且在测量泥浆、纸浆等含固体颗粒和纤维流体及低导电率流体测量时,会产生电噪声(因流体摩擦电极,使电极表面氧化膜剥离后又形成所致),使输出信号摆动不稳;二十世纪八十年代末又针对这些问题推出了双频矩形波励磁方式,其励磁波形由低频(6.25Hz)矩形波和高频(75Hz)矩形波叠加构成,分别采样与之相对应的流量信号,得到低频和高频特征的两种信号经过处理后可再现实际流量的信号值。因此这种技术既具有低频矩形波励磁技术优良的零点稳定性,又具有高频矩形波励磁技术对流体噪声较强的抑制能力。

六、传感器接地的技术问题

  电磁流量计传感器电极检测的流量信号是毫伏级,且以传感器内流体的电位为基准的,所以外来干扰对它的影响很大,因而,良好的接地很大程度上决定着流量计的测量准确度。被测的流体本身作为电导体,必须排除其他不相关的电磁干扰。电极检测出的电势信号,不受外界寄生电势的干扰。对传感器应有良好的单独接地线,接地电阻小于10Ω。在连接传感器的管道内若涂有绝缘层或是非金属管道时,传感器两侧应装有接地环。

七、结束语

  今后随着电子及计算机技术发展与应用,使电磁流量计扩大了应用范围,可以测量以往不能测量的一些流体;能进行各种误差补偿,提高了测量准确度;具有转换线路异常、检测部分异常、误设定、空管、过限报警等自诊断功能;可通过手操器或计算机等实现远程通信,以调整电磁流量计的零点、量程变更、阻尼变更等。近年来,生产厂家推出了多种形式的电磁流量计以适应不同性质流体的测量。如:陶瓷衬里电磁流量计,无电极电磁流量计和采用多电极电磁流量。这是一篇来源于仪华测控的内部液位计相关资料。

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