提高电磁流量计测量准确性的工程实施提高电磁流量计测量准确性的工程实施
摘要: 分析了被测介质电导率、流速分布与直管段、电极结垢与附着层、安装条件和运行环境5 方面工程因素对电磁流量计准确测量的影响, 提出了提高电磁流量测量准确性的工程对策。从而保证电磁流量计在工程应用中能够准确测量, 使其充分发挥其计量作用, 为流量检测提供可靠的测量数据.
关.. 键.. 词: 电磁流量计; 准确测量; 工程因素; 工程对策
流量测量广泛应用于工农业生产、国防建设、科学试验、国内外贸易等各个领域, 然而, 流量测量是一项复杂的技术. 由于流量是一个动态量, 被测流体的特性复杂、测量条件又各不相同, 因此流量测量的准确可靠性较难保证. 为了准确的测量流量, 人们已研究开发出速度式流量计、容积流量计、动量式流量计、电磁流量计、超声波流量计等几十种流量计. 其中, 电磁流量计以其优越的性能, 在诸多领域广泛采用. 但在实际使用中, 影响流量计精确测量的因素较多, 经常会出现流量计本身检定合格, 而实际却感觉计量.. 不准..的现象. 本文在确保电磁流量计本身计量检定合格的基础上, 分析了工程上影响电磁流量计测量准确性的因素, 提出了提高电磁流量计测量准确性的工程实施方法.
1 .. 影响电磁流量计准确测量因素
图1 .. 电磁流量计工作原理电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律来工作的, 即导电流体以平均速度v 流过垂直于流动方向的磁场, 其感应电势e 通过与流体直接接触的电极( 又称传感器) 检测出来. e = k bvd .. , ( 1) 式中: k 为仪表常数; b 为磁感应强度( t) ; v 为流体运动平均速度( m/ s) ; d 为管道内径(m) . 当k 、b 、d 确定下来后, e 与v 成正比. 其工作原理和结构如图1 所示. 根据流体的体积流量公式: q = 1/ 4..d2v .. , ( 2) q 是v 的正比函数, 代入公式( 1) , 那么e 也是q 的正比函数, 由此, 测出了感应电压e 也即测出了介质的体积流量q. 电磁流量计由流量传感器和转换器两大部分组成. 传感器测出的感应电压e 由电缆送至转换器, 通过智能化处理, 然后lcd 显示, 或转换成标准信号4~ 20 ma 输出. 根据以上测量原理, 实际使用中, 影响电磁流量计准确测量的工程因素主要有以下5 个方面:
( 1) 被测介质电导率的影响. 被测流体的电导率决定了转换器所需的输入阻抗大小, 流体电导率降低, 电极的输出阻抗将增加, 并且由转换器输入阻抗引起负载效应而产生误差. 因此, 电磁流量计应用中规定了流体的电导率的下限. 理论上, 把电极看作点电极, 忽略其大小, 实际上, 电极有一定尺寸, 当直径为d 的圆形电极与电导率为..的半无限展宽的流体接触时, 其展宽电阻为1/ ( 2..d ) , 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/ ( ..d ) . 一般测量的流体电导率..的下限为5 ~ 10 ..s/ cm, 所以, 若电极直径d 为1 cm, 则电极的输出阻抗就为1/ ( ..d ) = 100 ~ 200 k.. , 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200 m .. 左右. 对于电磁流量计, 选型时必须考虑流体电导率要大于5 ..s/ cm 的阈值( 即下限值) 要求.
( 2) 流速分布与直管段的影响. 根据公式( 1) 知, 如果流速以中心轴为对称流动, 感应电势与流速分布无关, 仅正比于平均流速. 若流速为非中心轴对称分布, 图2 表示90 ..弯头与突扩管的流线分布与速度剖面, 每个流动质点相对于电极几何位置不同, 对电极产生的感应电动势大小也不同, 越靠近电极, 速度大的质点所产生的感应电动势越大, 容易引起误差, 因此, 必须保证流体流速为中心轴对称. 工程上, 正确的安装可以减小此类误差. 图2.. 弯头及突变管的流速分布尽管电磁流量计生产厂家不断追求流量计本身的精度, 但实际工程中, 工艺管道中的弯管、阀门等都会引起流动畸变、二次流或漩涡, 破坏了原有充分均匀的流速分布状况. 只有经过相当长的直管段, 才能让流体恢复其轴对称的流速分布. 若实际工艺管道上下游直管段不足, 可以通过安装流动调整器来调整.
( 3) 电极结垢和附着层的影响. 在测量如纸浆、污水等非清洁流体时, 电极表面易受污染, 引起零点变动, 但零点变化和电极污染程度两者的关系, 很难进行定量分析比较, 根据经验, 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. 设在衬里上附着沉淀物时产生的误差...., 如果附着的厚度是一样, 则可由式( 3) 计算: .... = 1- 2/ [ 1+ ( k ../ kf ) + ( 1 - k../ kf ) * ( 1 - 2t/ d) 2 ] .. , ( 3) 式中: k..、kf 分别为附着物和测量流体的电导率; t 为附着物厚度; d 为直径. 若式( 3) 中k.. 和、kf 相等, 则误差为零, 附着物的电导率较低时, 上式仍然成立, 但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, 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, 可通过合理选择传感器内衬材料等方法减少测量误差, 除了选择如玻璃或聚四氯乙烯等难以附着沉淀的衬里外, 还应增加其流速, 流体快速流动的同时能够起到冲刷电极、清洁电极的作用, 减少误差.
( 4) 安装条件的影响. 电磁流量计要求满管测量、流速分布轴对称、可靠的接地等, 否则可能出现输出晃动、示值不准等现象. 这可通过规范安装操作以使测量准确性得到提高.
( 5) 运行环境的影响. 电磁流量计因输出信号较弱, 对机械振动比较敏感, 测量结果易受干扰, 运行时, 不允许管道振动和周围有大的电器如电焊机等.
2 .. 提高电磁流量测量准确性的工程对策
2. 1 .. 正确选型
智能电磁流量计的选型考虑因素很多, 有仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济等方面的因素, 从测量准确性的角度, 可从下面两方面考虑.
( 1) 传感器口径选择. 传感器口径的选择关系到流体在管道中的流速大小, 影响到输出电势值. 因此, 传感器口径不一定与连接的工艺管道口径相同, 应根据实际使用流量而定. 当管道内流体的流速在1. 5 ~ 3 m/ s, 选择传感器口径的与工艺管道口径相同即可, 且安装方便; 当管内流体流速较低, 低于0. 5 m/ s 时, 仪表口径应改为小于管径, 以异径管连接管道.
( 2) 衬里、电极材料的选择要点. 电极是电磁流量计拾取流量信号的部件, 在测量过程中, 只有它和接地环、接地电极与被测介质接触, 因此, 为了适应不同介质的测量条件, 比如流体介质的温度、压力、腐蚀性、磨损性等的要求, 要选用不同的内衬、电极材料. 电磁流量计的内衬材料有耐腐蚀性中等、耐一般低浓度的酸、碱、盐的氯丁橡胶材料, 耐磨损性强而耐腐蚀性能一般的聚氨脂橡胶, 耐腐蚀性能强和适于温度高的聚四氟乙烯, 化学性质等同于聚四氟乙烯的抗拉、抗压聚全氟乙丙烯, 耐稀酸、碱、盐的温度< 60 .. 的聚乙烯和温度< 100 .. 的聚苯硫醚等.
电磁流量计电极的材料有耐盐和小于50% 浓度碱溶液的鈦( ti) 电极, 耐酸和盐的钽( ta) 电极, 耐腐蚀能力强的贵金属铂电极, 不适于盐酸的哈氏合金c 电极和不适于硝酸的哈氏合金b 电极, 耐腐蚀能力一般、但价格低廉的不锈钢316l 等. 电极材料装于传感器测量管内壁, 与被测介质直接接触, 故应根据被测介质的腐蚀性选定.
2.2正确安装
1) 对安装管路的要求. 实际工程上, 电极平面处的流速分布已同初校时有较大的差别, 传感器上游管道连接件的配置是引起特殊的流速分布的因素之一, 使用中就有可能出现量值偏移. 对传感器前后直管段的要求是保证流速以中心轴为对称分布, 获得仪表测量精确度的必要条件之一, 国标gb/ t 18659- 2002 等列举了对渐缩管、上游阀、圆弧弯头最小直管段长度的要求( 见表1) . 表1.. 直管段长度要求扰流件名称标准或检定规程号gb/ t 18660 gb/ t 18659 jis b 7554 zbn 12007 jjg 198 上游弯管、渐扩管10d 或自规定10d 5d 5d 10d 上游渐缩管10d 或自规定10d 可视作直管5d 10d 上游其它各种阀10d 或自规定10d 10d 5d 10d 下游各类未提要求5d 未提要求2d 2d 另外, 测量管内导电流体电导率不均匀, 也会影响电磁流量计的测量, 因此, 若工艺要求在管道中加入其他介质, 则应在流量计下游进行. 如果必须在上游进行, 应在流量计上游较远处注入, 建议在大于50 d 以远(d 为测量管内径) , 以保证流体流动均匀后进入流量计.
2) 安装要保证流体充满测量管. 电磁流量计测量的流量是电极平面的平均流速与电极断面的面积的乘积. 只有流体充满测量管测量才准确. 也就是说, 在水平安装时, 流量计处于部位置的正确安装方法才能保证流体充满管道. 对于固-液、气-