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电磁流量计

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浅谈电磁流量计的选型及应用

来源:作者:发表时间:2018-06-21 09:35:21

 摘要:介绍电磁流量计在选型应用时需要注意的诸多要素,以实现流量计量系统的准确性、稳定性和可靠性。

 
1、概述
    电磁流量计(简称EMF)是利用法拉第电磁感应定律制成的一种侧量导电液体体积流量的流量计。20世纪50年代初,电磁流量计实现了工业化应用。近年来,在世界范围内,三畅电磁流量计产量约占工业流量仪表总数的5%^"6.5%。特别是近几年,该数值比例呈逐年上升趋势。电磁流量计作为工业流量测量仪表的一种,其具有诸多优点,如压损极小;可测流量范围大;适用的工业管径范围宽,最大可达3000mm;输出信号和被测流量成线性,精确度较高;可测量电导率>5us/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等流体流量。电磁流量计应用领域非常广泛,按应用场合有大口径、中小口径、小口径和微小口径之分,其中大口径电磁流量计较多应用于给排水、污水处理及油气田注水等工程,中小口径常应用于固液双相等难测流体或高要求场所,如测量造纸工业纸浆液和黑液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学工业的强腐蚀液、钢铁工业高炉风口冷却水控制、长距离管道煤的水力输送的流量测量和控制等,而小口径和微小口径常应用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求的场所。
 
2、电磁流量计的选型
2.1电磁流量计的工作原理
    电磁流量计的工作原理是根据法拉第电磁感应定律,导体在磁场中运动时切割磁力线,在导体的两端产生感应电动势,如图1所示。电动势的方向由右手定则确定。导电性液体的流动方向、磁场和感应电动势的方向三者互相垂直。
电磁流量计原理图
电磁流量计计算公式为:
E=kBDv
式中:
E为感应电动势,即流量信号,V;
k为系数;
B为磁感应强度,T;
D为测量管内径,m;
v为液体平均流速,m/s;
设:液体体积流量为q v,
则:20180621093735.jpg
故:QQ截图20180621093756.jpg
 
2.2电磁流量计的选型
    电磁流量计是一种在工业流程中最为常见的流量测量仪表,电磁流量计的稳定与可靠,对于整个计量系统影响很大。保证电磁流量计稳定及可靠的工作,最重要的是选型。一台不适合测量工况的三畅电磁流量计,即使在日常使用中完全符合操作规范,频繁精细的保养维护,也无法避免频繁的故障。电磁流量计在选型中通常应注意以下7大要素:
 
    (1)精度等级和功能
    电磁流量计的精度等级高低不同。精度高的基本误差为(士0.5%一士1%) R,精度低的则为(士1.5%一士2.5%) FS。有些型号电磁流量计有更高的精确度,基本误差仅(士0.2%一士0.3%) R,但有严格的安装要求和参比条件,例如环境温度、前后置直管段长度等因素。因此在选型时应根据产品样本和工况条件进行综合对比。
    电磁流一量计测量功能差别也很大,简单的只是钡(量单向流.ta,输出模拟信号至控制系统或显示仪表;多功能的有测双向流、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小流Lr.!T!.切除、流}.1显示和总量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。电磁流量计可选多种串行数字通信接口,如HART协议、PROFTBUS, FF现场总线等。
 
    (2)流速、满度流量和口径
    电磁流量计满度流量时液体流速可在1- tOm/s范围内选用,范围比较宽。上限流速在原理上虽不受限制,但通常建议不超过5m/s,除非衬里材料能承受液流冲刷;实际应用中很少超过7m/s,超过lOm/s则更为罕见。满度流量的流速下限一般为l m/s,有些型号电磁流量计则为0.5m/s。用于有易粘附、沉积、结垢等物质的流体,选用流速不低于2m/s,最好提高到3-4m/s或以上,起到自清扫、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨耗性强的流体,常用流速应低于2-3m/s,以降低对衬里和电极的磨损。在测最接近阑值的低电导液体,尽可能选定较低流速((<O.5-1m/s),因流速提高流动噪声会增加,而出现输出晃动现象。
 
    电磁流量计口径从10mm-3000mm不等。三畅电磁流量计口径选型不一定与管径相同,具体应根据流量范围结合选型样本进行确定。通常按流IAI范围可进行缩径或同径选择,当采用缩径处理时,一般不应缩至管径1/2以下。
    {3)液体电导率
    选用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的,不能低于阂值下限值。电导率低于阂值会产生测量误差直至不能使用,超过阂值即使变化也可以测量,示值误差变化不大,通用型电磁流量计的阑值在10-4- (5 X 10-6) S/cm之间,视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容,制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。非接触电容祸合大面积电极的仪表则可测电导率低至5 X 10-8S/cm的液体。
    工业用水及其水溶液的电导率>>10-4S/cm,酸、碱、盐液的电导率在10-4'10-'S/cm之间,计量不存在问题,低度蒸馏水为10-SS/cm也不存在问题。石油制品和有机溶剂电导率过低就不能使用。通常液体电导率宜比流量计制造厂规定的阂值至少大一个数量级。因为制造厂仪表规范规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的最低值。是受到一些使用条件限制,如电导率均匀性、连接信号线、外界噪声等,否则会出现输出晃动现象等。
 
    {4)液体中含有混入物
    混入成泡状流的微小气泡仍可正常工作,但测得的是含气泡体积的混合体积流量;如气体含量增加到形成弹(块)状流,因电极可能被气体盖住使电路瞬时断开,出现输出晃动甚至不能正常工作。
    对含有硬质固体颗粒介质的计量应用,应注意对传感器衬里的磨损程度,测量管内径扩大会产生附加误差。这种场合应选用耐磨性较好的陶瓷衬里或聚氨醋橡胶衬里,同时建议传感器安装在垂直管道上,使管道磨损均匀,消除水平安装下半部局部磨损严重的缺点。也可以在传感器进口端加装喷嘴形护套,相对延长使用期。
 
    (5)附着和沉淀
    测量易在管壁附着和沉淀物质的流体时,若附着的是比液体电导率高的导电物质,信号电势将被短路而不能工作,若是非导电层则应注意电极的污染,譬如选用不易附着尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。
    国外产品曾有电极上装超声波换能器,以清除表面垢层,但现已少见;也有暂时断开测量电路,在电极简短时间内流过低压大电流,灼烧清除附着油脂类附着层。易产生附着的场所可提高流速以达到自清扫的目的,还可以采取较方便的易清洗的管道连接,可不拆卸清洗传感器。非接触型电极电磁流量计附着非导电膜层,三畅流量计仍能工作,但若为高导电层则同样不能工作。
 
      (6)衬里材料的选择
    电磁流量计常用衬里材料(或直接与介质接触的钡J量管)有氟塑料、聚氨醋橡胶、氯丁橡胶和陶瓷等。近年有采用高纯氧化铝陶瓷制成衬里的,但只限中小口径传感器。氯丁橡胶和玻璃钢用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体,如工业用水、废污水及弱酸碱,价格最为低廉。氟塑料具有优良的耐化学腐蚀性,但耐磨性差,不能用于测量矿浆液。氟塑料中最早应用的是聚四氟乙烯,因与测量管间仅靠压贴,无粘结力,不能用于负压管道,后开发各种改性品种,实现注塑成形,与测量管有较强结合力,可用于负压,聚氨酷橡胶有极好的耐磨耗性,但耐酸碱的腐蚀性较差。它的耐磨性相当于天然橡胶的10倍,适用于煤浆、矿浆等;介质温度要低于4060/700C。氧化铝陶瓷有极好的耐磨耗性和对强酸碱的耐磨腐蚀性,耐磨性约为聚氨醋橡胶的10倍,适用于具有腐蚀性的矿浆;但性脆,安装夹紧时疏忽易碎,可用于较高温度(120140/1800C)但要防止温度剧变,如通蒸汽灭菌,一般温度突变不能>1000C,升温1500C要有10min时间。
 
    (7)电极和接地环材料选择
    1)电极材料选择
    电极对测量介质的耐腐是选择材料首先考虑的因素;其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成的噪声。
 
    ①电极耐腐蚀材料
    电磁流量计电极的耐腐蚀性要求很高,常用金属材料有含钥耐酸钢,哈氏合金等,几乎可覆盖全部化学液。此外还有适用于浆液等的低噪声电极,它们是导电橡胶电极、导电氟塑料电极和多孔性陶瓷电极,或包覆这些材料的金属电极。在原则上电极材料的选择应从使用者借鉴该介质在其他设备的应用实际和以往的经验来确定。
    ②避免电极表面效应
    电磁流量计电极的耐腐蚀性是选择材料的重要因素,但有时候电极材料对被测介质有很好的耐腐蚀性,却不一定就是适用的材料,还要避免产生电极表面效应。电极表面效应分为表面化学反应、电化学和极化现象以及电极的触媒作用三个方面。化学反应效应如电极表面与被测介质接触后,形成钝化膜或氧化层。他们对耐腐蚀性能可能起到积极保护作用,但也有可能增加表面接触电阻。例如担与水接触就会被氧化,生成绝缘层。对于避免或减轻电极表面效应的介质一电极材料匹配,还没有像腐蚀性那样有充足的资料可查,只有一些有限经验,尚待在实践中积累。
 
    2)接地环材料选择
    接地环连接在塑料管道或衬绝缘衬里金属管道的流量传感器两端,其耐腐蚀要求比电极低,可定期更换。接地环材料通常选用耐酸钢或哈氏合金,因体积大从经济上考虑较少采用担、铂等贵重金属。因金属工艺管道直接与流体接触,电磁流量计不需要接地环。
 
3、结束语
    电磁流量计是酸、碱、盐溶液、水、污水以及泥浆、矿浆等介质常用的量化手段及可视化窗口。三畅电磁流量计的合理选型是计量数据真实、准确、可靠的根本性保证,直接影响到企业生产经营的决策速度和决策水平,直接关系到企业经济效益和社会信誉。做好电磁流量计选型工作是仪表人孜孜不倦的追求。
 
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