電磁流量計應用中有關(guān)問(wèn)題探討

一、 非軸對稱(chēng)流動(dòng)引起的誤差
流體在管內流速為軸對稱(chēng)分布時(shí)，且在均勻磁場(chǎng)中，流量計電極上所產(chǎn)生的電動(dòng)勢的大小與流體的流速分布無(wú)關(guān)，與流體的平均流速成正比，而非軸對稱(chēng)流速分布時(shí)，即每個(gè)流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)相對于電極幾何位置的不同，對電極所產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢的大小也不同，愈靠近電極，速度大的質(zhì)點(diǎn)所產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢越大，因此，必須保證流體流速為軸對稱(chēng)。如管內流速為非軸對稱(chēng)分布就會(huì )引起誤差。因而在選裝電磁流量計時(shí)要盡可能保證直管段的要求以減小其所引起的誤差。
二、 流體電導率的問(wèn)題
流體電導率的降低，將增加電極的輸出阻抗，并且由轉換器輸入阻抗引起的負載效而產(chǎn)生誤差，因此，按如下所述原則，規定了電磁流量計應用中流體的電導率的下限。
電極的輸出阻抗決定了轉換器所需的輸入阻抗的大小，而電極輸出阻抗，可認為流體的電導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，當直徑為d的圓板電極與電導率為K的半無(wú)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率的下限為5?S/㎝～10?S/㎝，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，轉換器的輸入阻抗應為200MΩ左右。
三、 電極襯里附著(zhù)物的影響
在測量有附著(zhù)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(shuō)，電極直徑越小，所受的影響越少，在使用中，應注意電極的清污，以防止附著(zhù)。
在襯里上附著(zhù)沉淀物時(shí)產(chǎn)生的誤差Δε，如果附著(zhù)的厚度是一樣，則可由式：
Δε=1-2/[1+（Kω/Kf）+（1- Kω/Kf ）×（1-2t/D）2]計算，式中Kω、Kf分別為附著(zhù)物和測量流體的電導率，附著(zhù)物厚度為ｔ，直徑為Ｄ。
若式中，Kω和Kf相等，則*，附著(zhù)物的電導率較低時(shí)，上式也成立，但因為會(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(zhù)金屬粉末等，因高電導率的附著(zhù)層，使感應電勢短路，使電極輸出偏低，造成負偏差。
在測量具有沉淀附著(zhù)物的流體時(shí)，除了選擇如玻璃或聚四氯乙烯等難以附著(zhù)沉淀的襯里外，還應增其流速。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定，而引入誤差。
綜上所述，在選用流量計特別是大口徑電磁流量計時(shí)，應考慮今后對傳感器的電極及襯里的維護問(wèn)題。如選用上海光華·愛(ài)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位置預置一個(gè)清洗用入孔，以便日后清洗傳感器。
四、 信號傳輸電纜長(cháng)度的問(wèn)題
傳感器（即電極）與轉換器之間的連接電纜愈短愈好。但有些現場(chǎng)受安裝環(huán)境位置的限制，轉換器與傳感器的距離較遠，這時(shí)要考慮連接電纜的zui大長(cháng)度問(wèn)題。傳感器與轉換器之間的連接電纜的zui大長(cháng)度又由電纜的分布電容和被測流體的電導率決定。
實(shí)際使用中，當被測流體的電導率是在一定的范圍之間，因此就決定了電極與轉換器之間電纜的zui大長(cháng)度。當電纜長(cháng)度超過(guò)zui大長(cháng)度時(shí)，由電纜分布電容引起的負載效應就成了問(wèn)題。為防止這種情況發(fā)生，使用雙芯兩層屏蔽電纜，由轉換器提供低阻抗電壓源使內側屏蔽與芯線(xiàn)得到相同的電壓，以形成屏蔽，即使芯線(xiàn)與屏蔽之間有分布電容存在，但芯線(xiàn)與屏蔽是同電位，則兩者之間就無(wú)電流通過(guò)，也無(wú)電纜的負載效應存在，因此可延長(cháng)信號電纜zui大長(cháng)度。另外，還可用特殊信號傳輸電纜延長(cháng)轉換器與傳感器之間的zui大長(cháng)度。
五、 勵磁的技術(shù)問(wèn)題
勵磁技術(shù)是電磁流量計測量性能的關(guān)鍵技術(shù)之一，勵磁方式在實(shí)際應用上可分成 交流正弦波勵磁，非正弦波交流勵磁和直流勵磁方式。
交流正弦波勵磁，當交流電源電壓（有時(shí)是頻率）不穩時(shí)，磁場(chǎng)強度將有所改變，所以電極間產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢也變動(dòng)，因而，必須從傳感器取出對應于計算磁場(chǎng)強度的信號，作為標準信號。這種勵磁方式易引起零點(diǎn)變動(dòng)，而降低其測量精度。
非正弦波交流勵磁，是采用低于工業(yè)頻率的方波或三角波勵磁的方式，可以認為產(chǎn)生恒定直流，周期性地改變極性的方式，因這種勵磁電源穩定，故不必為除去磁場(chǎng)強度的變動(dòng)而進(jìn)行運算。

交流勵磁方式的主要問(wèn)題是感應噪聲嚴重。
直流勵磁方式，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(lái)水、源水等水溶液時(shí)，一般采用周期性間歇的直流勵磁方式。間歇周期應選為交流電源周期的整數倍，可消除交流電源頻率的噪聲，排除了交流磁場(chǎng)的電渦流和直流磁場(chǎng)的極化干擾。
勵磁頻率降低，零點(diǎn)穩定性可以提高，但儀表抗低頻干擾能力減弱，響應速度慢，如果勵磁頻率高，則抗低頻干擾的能力增強，但儀表的零點(diǎn)穩定性降低。這一問(wèn)題到二十世紀七十年代研究出了低頻矩形波（50Hz的1/2～1/32），解決了長(cháng)期困擾電磁流量計的工頻干擾，提高了零點(diǎn)穩定性和測量度；二十世紀八十年代又出現了三值低頻矩形波勵磁技術(shù)（有50Hz的1/8為周期，采用正弦規律變化的勵磁電流），具有更好的零點(diǎn)穩定性，解決了干擾電勢的影響，但降低了響應速度，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），使輸出信號擺動(dòng)不穩；二十世紀八十年代末又針對這些問(wèn)題推出了雙頻矩形波勵磁方式，其勵磁波形由低頻（6.25Hz）矩形波和高頻（75Hz）矩形波疊加構成，分別采樣與之相對應的流量信號,得到低頻和高頻特征的兩種信號經(jīng)過(guò)處理后可再現實(shí)際流量的信號值。因此這種技術(shù)既具有低頻矩形波勵磁技術(shù)優(yōu)良的零點(diǎn)穩定性，又具有高頻矩形波勵磁技術(shù)對流體噪聲較強的抑制能力。
六、 傳感器接地的問(wèn)題
電磁流量計傳感器電極檢測的流量信號是毫伏級，且以傳感器內流體的電位為基準的，所以外來(lái)干擾對它的影響很大，因而，良好的接地很大程度上決定著(zhù)流量計的測量準確度。被測的流體本身作為電導體，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，不受外界寄生電勢的干擾。對傳感器應有良好的單獨接地線(xiàn)，接地電阻小于10Ω。在連接傳感器的管道內若涂有絕緣層或是非金屬管道時(shí)，傳感器兩側應裝有接地環(huán)。
七、 結束語(yǔ)
今后隨著(zhù)電子及計算機技術(shù)發(fā)展與應用，使電磁流量計擴大了應用范圍，可以測量以往不能測量的一些流體；能進(jìn)行各種誤差補償，提高了測量準確度；具有轉換線(xiàn)路異常、檢測部分異常、誤設定、空管、過(guò)限報警等自診斷功能；可通過(guò)手操器或計算機等實(shí)現遠程通信，以調整電磁流量計的零點(diǎn)、量程變更、阻尼變更等。近年來(lái)，生產(chǎn)廠(chǎng)家推出了多種形式的電磁流量計以適應不同性質(zhì)流體的測量。如：陶瓷襯里電磁流量計，無(wú)電極電磁流量計和采用多電極電磁流量。

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