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電磁流量計(jì)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 流量計(jì)是如何工作的

時間:2020-08-04    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
電磁流量計(jì)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 流量是化工生產(chǎn)中重要的測定參數(shù)之一,就測量導(dǎo)電液體流量而言,不管目的是監(jiān)控還是計(jì)量,EMF都能做到測量穩(wěn)定、可靠、精度高、易維護(hù)。在儀表選型和使用時,筆者結(jié)合實(shí)際應(yīng)用總結(jié)一些要點(diǎn)介紹給大家供參考。 1 EMF的工作原理
EMF的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)體在磁場中切割磁力運(yùn)動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如圖1所示,在EMF測量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿,上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時,則會產(chǎn)生感應(yīng)電勢,由管道內(nèi)部的兩個電極測量并引出感應(yīng)電壓。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯(橡膠,特氟隆等)實(shí)現(xiàn)流體與測量電極的電磁隔離。假設(shè)電磁感應(yīng)線圈產(chǎn)生磁場強(qiáng)度B(T)為恒定,產(chǎn)生的感應(yīng)電壓Ue(V)正比于流體平均速度V(m/s),系數(shù)為k,測量管內(nèi)徑L(m)為已知,則體積流量Qv(m3/s)可通過如下公式計(jì)算: 2EMF的特點(diǎn)
1)
結(jié)構(gòu)簡單,EMF的測量管道是一段無阻流擾動件或節(jié)流件的光滑直管,不易發(fā)生堵塞、磨損等問題。因此,EMF特別適用于含固體顆?;蚶w維的液固兩相流體,如紙漿、泥漿、礦漿、煤水漿和污水等。 2)由于沒有節(jié)流件,儀表幾乎無壓力損失,僅消耗10~20W的電功率,這點(diǎn)與節(jié)流的差壓式流量計(jì)相比,其節(jié)能效果成為EMF發(fā)展的一大優(yōu)勢。
3)EMF所得的體積流量,實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化的影響。
4)EMF測量范圍很大,通常為20∶1~50∶1,每個量程又可從2%~100%線性測量,EMF的測量范圍可涵蓋紊流和層流兩種速度分布狀態(tài),這是其他流量計(jì)不能與之相比擬的。
5)測量原理是線性的,測量精確度高,反應(yīng)速度快,可測脈動流量和快速累積總量,可測正反雙向流量,傳感器前后直管段要求低。
6)耐腐蝕性能好,使用可靠,維護(hù)方便,壽命長。
但是,EMF不能測量電導(dǎo)率很低的液體,如石油制品和有機(jī)溶劑等;不能測量氣體、蒸汽、和含有較多較大氣泡的液體;受襯里材料和電極絕緣材料的溫度限制,不能測量較高溫度的液體。
3EMF的選型考慮要點(diǎn)
在石油化工設(shè)計(jì)中,要選擇適合的流量儀表要考慮的因素很多,具體到EMF的特點(diǎn),重點(diǎn)要求考慮四個方面的因素,即儀表性能、流量特性、安裝條件和環(huán)境條件。
3.1儀表性能
市場上EMF的功能差別也很大,簡單的就只是測量單向流量,只輸出模擬信號帶動后位儀表;多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報(bào)警、空管和電源切斷報(bào)警、小信號切除、流量顯示和總量計(jì)算、自動核對和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動組態(tài)等。有些型號儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和專用芯片(ASIC),以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、FF現(xiàn)場總線等。
EMF的口徑范圍比其他品種流量儀表寬,如E+H公司提供W、P、H三種類型的傳感器,分別應(yīng)用于水和污水行業(yè)(W型),化工、食品行業(yè)(P型),食品、制藥行業(yè)(H型),口徑范圍從2毫米到2米。變送器可提供10、50、23、53多種選擇,10針對于水行業(yè)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型,50為普通型,53為增強(qiáng)型,23為兩線制。精度可有0.5%,0.2%兩種選擇??蓽y正反雙向流量,也可測脈動流量。
用于易粘附、沉積、結(jié)垢等介質(zhì),流速要求應(yīng)不低于2m/s,可以提高到3~4m/s或以上,起到自清洗、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨蝕性強(qiáng)的流體,流速應(yīng)低于2~3m/s,以降低襯里和電極的磨損。襯里、電極和接地環(huán)材料的選擇也很關(guān)鍵,可查閱適合不同介質(zhì)的有關(guān)“材料手冊”,如《自控常用材料器件手冊》。
3.2流體特性
使用EMF的前提是被測液體必須是導(dǎo)電的,不能低于閾值(即下限值)。電導(dǎo)率低于閾值會產(chǎn)生測量誤差直至不能使用,超過閾值即使變化也可以測量,示值誤差變化不大,通用型EMF的閾值在10-4~(5×10-6)S/cm之間,視型號而異。使用時還取決于傳感器和轉(zhuǎn)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(guī)定電導(dǎo)率相對應(yīng)的信號線長度。
工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4~10-1S/cm之間,使用不存在問題,低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問題。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低,認(rèn)為不能使用,然而實(shí)際工作中會遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,這類雜質(zhì)對增加電導(dǎo)率有利。對于水溶液,資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實(shí)驗(yàn)室測得的,實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比,電導(dǎo)率將比查得的要高,也有利于流量測量。
3.3安裝條件
按EMF自身的轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類,有分離型和一體型兩種。如在污水廠中大口徑流量計(jì)傳感器大多安裝在地下,所以建議選擇IP68(防塵防潛水級),如果安裝在地上,建議選擇IP67(防塵防濺水級)。小口徑以一體式為多。通常EMF對安裝場所要求有:
a.測量混合相流體時,選擇不會引起相分離的場所;測量雙組分液體時,避免裝在混合尚未均勻的下游;測量化學(xué)反應(yīng)管道時,要裝在反應(yīng)充分完成段的下游;盡量滿足前后直管段分別不小于5D和2D;
b.盡可能避免測量管內(nèi)變成負(fù)壓; c.選擇震動小的場所,特別對一體型儀表;
d.避免附近有大電機(jī)、大變壓器等,以免引起電磁場干擾;e.易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場所;
f.盡可能避開周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體;
g.盡可能避免受陽光直照
3.4環(huán)境條件
一般儀表應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1《爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備通用要求》的規(guī)定,選擇適應(yīng)使用場所環(huán)境的氣氛、爆炸性混合物的分級分組、設(shè)備類型以及其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)的儀表。另外,外界磁場、電氣干擾、環(huán)境溫度和濕度也是EMF選型的考慮要點(diǎn)。
4結(jié)束語
EMF使用方便,維護(hù)量小,主要是電極的清洗和更換,也有無電極型的EMF幾乎無需維護(hù)。當(dāng)然對EMF定期進(jìn)行在線標(biāo)定和檢查也是非常必要的。只要對EMF性能、特點(diǎn)有了全面深入的了解,有了應(yīng)付各種工況的策略,EMF一定會成為化工測量中的得力助手。

電磁流量計(jì)使用中的常見故障,有的是由于儀表本身元器件損壞引起的故障,有的是由于選用不當(dāng)、安裝不妥、環(huán)境條件、流體特性等因素造成的故障,如顯示波動、精度下降甚至儀表損壞等。它一般可以分為兩種類型:安裝調(diào)試時出現(xiàn)的故障(調(diào)試期故障)和正常運(yùn)行時出現(xiàn)的故障(運(yùn)行期故障)。
    1)調(diào)試期故障調(diào)試期待故障一般出現(xiàn)在儀表安裝調(diào)試階段,一經(jīng)排除,在以后相同條件下一般不會再出現(xiàn)。常見的調(diào)試期故障一般由安裝不妥、環(huán)境干擾以及流體特性影響等原因引起。
     1)安裝方面通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障,常見的如將傳感器安裝在易積聚氣體的管系點(diǎn);或安裝在自上而下的垂直管上,可能出現(xiàn)排空;或傳感器后無背壓,流體直接排入大氣而形成測量管內(nèi)非滿管。
    2)環(huán)境方面通常主要是管道雜散電流干擾,空間強(qiáng)電磁波干擾,大型電機(jī)磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好的單獨(dú)接地保護(hù)就可獲得滿意結(jié)果,但如遇到強(qiáng)大的雜散電流(如電解車間管道,有時在兩電極上感應(yīng)的交流電勢峰值Vpp可高達(dá)1V),尚需采取另外措施和流量傳感器與管道絕緣等??臻g電磁波干擾一般經(jīng)信號電纜引入,通常采用單層或多層屏蔽予以保護(hù)。
    3)流體方面被測液體中含有均勻分布的微小氣泡通常不影響電磁流量計(jì)的正常工作,但隨著氣泡的增大,儀表輸出信號會出現(xiàn)波動,若氣泡大到足以遮蓋整個電極表面時,隨著氣泡流過電極會使電極回路瞬間斷路而使輸出信號出現(xiàn)更大的波動。
低頻方波勵磁的電磁流量計(jì)測量固體含量過多漿液時,也將產(chǎn)生漿液噪聲,使輸出信號產(chǎn)生波動。
測量混合介質(zhì)時,如果在混合未均勻前就進(jìn)入流量傳感進(jìn)行測量,也將使輸出信號產(chǎn)生波動。
電極材料與被測介質(zhì)選配不當(dāng),也將由于化學(xué)作用或極化現(xiàn)象而影響正常測量。應(yīng)根據(jù)儀表選用或有關(guān)手冊正確選配電極材料。
    2)運(yùn)行期故障運(yùn)行期故障是電磁流量計(jì)經(jīng)調(diào)試并正常運(yùn)行一段時期后出現(xiàn)的故障,常見的運(yùn)行期故障一般由流量傳感器內(nèi)壁附著層、雷電打擊以及環(huán)境條件變化等因素引起。
    1)傳感器內(nèi)壁附著層由于電磁流量計(jì)常用來測量臟污流體,運(yùn)行一段時間后,常會在傳感器內(nèi)壁積聚附著層而產(chǎn)生故障。這些故障往往是由于附著層的電導(dǎo)率太大或太小造成的。若附著物為絕緣層,則電極回路將出現(xiàn)斷路,儀表不能正常工作;若附著層電導(dǎo)率顯著高于流體電導(dǎo)率,則電極回路將出現(xiàn)短路,儀表也不能正常工作。所以,應(yīng)及時清除電磁流量計(jì)測量管內(nèi)的附著結(jié)垢層。
    2)雷電打擊雷擊容易在儀表線路中感應(yīng)出高電壓和浪涌電流,使儀表損壞。它主要通過電源線或勵磁線圈或傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的流量信號線等途徑引入,尤其是從控制室電源線引入占絕大部分。
    3)環(huán)境條件變化在調(diào)試期間由于環(huán)境條件尚好(例如沒有干擾源),流量計(jì)工作正常,此時往往容易疏忽安裝條件(例如接地并不怎么良好)。在這種情況下,一旦環(huán)境條件變化,運(yùn)行期間出現(xiàn)新的干擾源(如在流量計(jì)附近管道上進(jìn)行電焊,附近安裝上大型變壓器等),就會干擾儀表的正常工作,流量計(jì)的輸出輸出信號就會出現(xiàn)波動。

 

影響液體流量計(jì)準(zhǔn)確度的因素有很多,比如檢測環(huán)境(溫度、濕度、氣壓等)、檢測方式等,今天就為大家詳細(xì)講解一下影響液體流量計(jì)測量精度的4大因素:

1、機(jī)械磨損影響

一般新的液體流量計(jì)分析經(jīng)一段時間磨合,齒輪各處間隙適合,漏流量是比較小的。流量計(jì)在使用2~3年后,齒輪的長期相互運(yùn)動會造成齒輪端部磨損,間隙變大,漏流量也就變大。因此對于頻繁使用的流量計(jì)要經(jīng)常進(jìn)行檢測,對磨損的齒輪進(jìn)行及時更換,保證流量計(jì)的正常運(yùn)行。

2、溫度影響

當(dāng)溫度上升時,液體流量計(jì)的齒輪之間的間隙會變大,流量計(jì)的漏流量有會變大,但是還要考慮由于溫度上升計(jì)量空間的體積也變大,介質(zhì)受熱膨脹等原因。

3、壓差影響

當(dāng)液體流量計(jì)的進(jìn)出口之間的壓力差很小,齒輪轉(zhuǎn)速低,這時的漏流量就會比較大。當(dāng)流量計(jì)的流量的進(jìn)出口之間的壓力太大時,齒輪回轉(zhuǎn)力矩大,轉(zhuǎn)速太高,漏流量也會增加,誤差也較大,因此只有將進(jìn)出口壓力控制在合適的范圍內(nèi),流量計(jì)的漏流量才能控制到最小。

4、介質(zhì)粘度影響

液體流量計(jì)介質(zhì)的粘度變化時,漏流量也會發(fā)生明顯變化,粘度增大時,漏流量小,誤差小,粘度減小時,漏流量大,誤差大。因此JJG667-1997中也規(guī)定了檢測用介質(zhì)和流量計(jì)實(shí)際使用的介質(zhì)粘度要一致。如用其它介質(zhì)進(jìn)行檢測時,要注意引入的誤差不能超過流量計(jì)誤差限的三分之一。




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