電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律為原理進(jìn)行流量測量的儀表。電磁流量計(jì)只有管道村里和測量電極與被測介質(zhì)接觸,只要選擇合適的村里和電極材料,幾乎可以測量一切導(dǎo)電流體的流量,由于傳感器內(nèi)沒有任何活動部件和阻流部件,尤其適合測量污水、泥漿等含雜質(zhì),顆粒和液固二相物質(zhì)的介質(zhì)。因此,電磁流量計(jì)可應(yīng)用于石油、化工、污水處理、水力、電力等各領(lǐng)域的流量測量。本文僅對電磁流量計(jì)的測量原理和勵磁頻率對測量的影響進(jìn)行分析、探討,并結(jié)合實(shí)例述選擇合適測量頻率的重要性。
1、電磁流量計(jì)的組成和測量原理
1.1電磁流量計(jì)的組成
電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器兩部分組成,如圖所示,電磁流量傳感器安裝在工藝管道上,用來將介質(zhì)的流量變換成感應(yīng)電壓信號。電磁流量轉(zhuǎn)換器向傳感器提供產(chǎn)生磁場的勵磁電流,接受感應(yīng)電壓信號,將流量信號放大,處理井轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的電信號(電流,電壓、頻率)以及數(shù)字信號,液晶顯示瞬時(shí)流量和累積流量
圖2-1
2、電磁流量計(jì)的工作原理
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律的原理制造的,即導(dǎo)體在磁場中做切割磁力線運(yùn)動,導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感生電動勢,感生電動勢的大小與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比,與導(dǎo)體的長度成正比,與導(dǎo)體的運(yùn)動速度成正比。
E=klub (1)
式中:E:感生電動勢k:比例系數(shù)l:導(dǎo)體的長度;u:導(dǎo)體的運(yùn)動速度,B:磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
見圖2-2
1.電磁流量轉(zhuǎn)換器2.感應(yīng)信號傳輸線3.勵磁信號傳輸線4.傳感器村里5.平衡電極6.勵磁線圈7.信號電極8.傳感器測量管9.安裝法蘭對于圓形測量管,流過的體積流量為:
qv=π/4D²u (2)
根據(jù)式(1)和(2),則流過圓形測量管的體積流量為:
qv=π/4D²?/klB (3)
當(dāng)測量管幾何形狀一定、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定時(shí):
D=1;
令K*π/4D /kB=則:
Qv=KE (4)
即:電磁流量計(jì)的體積流量與感應(yīng)電動勢成正比。
3、勵磁方式分析
電磁流量計(jì)的勵磁方式?jīng)Q定著電磁流量計(jì)的抗干擾能力大小和零點(diǎn)穩(wěn)定性能的好壞。電磁流量計(jì)的勵磁方式大致可分為:直流勵磁、交流勵磁、低頻矩形波勵磁等。
3.1直流勵磁
直流勵磁,即由水磁鐵或恒定直流電流勵磁產(chǎn)生的磁場這種磁場產(chǎn)生的流量信號是直流電壓信號,幾乎沒有電磁感應(yīng)的干擾產(chǎn)生,直流信號電壓容易使流過測量管的導(dǎo)電介質(zhì)極化,在測量電極上產(chǎn)生極化電壓,造成量的不穩(wěn)定。
3.2交流助磁
交流勵磁通常是指使用50H或)60Hz)正弦波的工頻市電勵磁的傳感器這種勵磁方式能降低電解質(zhì)液體對電極的極化作用,因而大大地降低了漂移直流干擾對測量的影響。交流勵磁ZUI大的缺點(diǎn)是由于電磁感應(yīng)造成的正交干擾和同相干擾它們影響流量計(jì)測量線性度和零點(diǎn)的穩(wěn)定性。
3.3任頻矩形波磁
低頻矩形波勵磁是指使用頻率為工頻的整數(shù)倍分之一的矩形波作為勵磁頻率的傳感器。勵磁頻率通常為工頻的1/8-1/32。
低頻矩形波勵磁具有能夠克服直流勵磁存在極化電壓大的優(yōu)點(diǎn),又有避免交流勵磁存在電磁感應(yīng)干擾引起正交干擾和間相干擾的優(yōu)點(diǎn),是兼顧直流勵磁和交流勵磁兩者優(yōu)點(diǎn)的一種勵磁方式但當(dāng)用低頻矩形波勵磁流量計(jì)測量漿液流體時(shí),會產(chǎn)生“漿液噪聲”或“尖狀干擾”。這種干擾會使測量信號輸出有較大的波動,嚴(yán)重影響測量。
當(dāng)流體中的固體顆?；蚶w維磨擦電極會形成一種波形呈尖狀的干抗,習(xí)慣稱作“尖狀干擾”,圖3-1可以說明這種干擾的形成,金屬在電解質(zhì)中腐蝕的現(xiàn)象告訴我們,電極為了抗拒電解質(zhì)的腐蝕,往往在與流體開始接觸時(shí),其表面先形成一種博的氧化膜。在形成氧化膜的過程中,金屬與電解質(zhì)之間產(chǎn)生極高的極化電壓,如果兩電極的材質(zhì)和表面狀態(tài)完全相同,金屬與電解質(zhì)之間的極化電壓成為極性相同,幅度相等的共模干擾電壓。當(dāng)流體中的固體顆?；蚶w維摩擦或撞擊電極表面,把電極表面薄層氧化膜拉破或生成劃痕,傷破的氧化膜需要重新形成在重新形成氧化膜的過程中,電極對液體間的極化電壓將發(fā)生突變。如果兩個(gè)電極材質(zhì),結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)存在差異,所產(chǎn)生的極化共模干擾變?yōu)椴钅８蓴_,于是就出現(xiàn)了流量計(jì)測量輸出的大幅度波動(擺動)。
以上分析說明,固液兩相流測量時(shí)對“漿液噪聲”問題,需要從勵磁頻率的選擇上去解決針對低頻矩形波勵磁電磁流量計(jì)的這一缺點(diǎn),電磁流量計(jì)利用現(xiàn)代**的單片機(jī)技術(shù),設(shè)計(jì)了一種可控頻率的智能化電磁流量轉(zhuǎn)換器。電磁流量轉(zhuǎn)換器時(shí)通過程序設(shè)計(jì)了鍵盤控制的三種不同的勵磁頻率,勵磁頻率分別為6.25Hz、12.5Hz和25.0Hz。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同的介質(zhì)情況,設(shè)置不同的勵磁頻率。
電磁流量傳感器的原理框圖如上:此設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中取得了非常明顯的效果。
4、實(shí)例
(1)山東濱州石化有限公司選用的電磁流量計(jì),口徑為DN80,測量介質(zhì)為石灰漿,量程為100m³/h,出廠使用的勵磁頻率為6.25HZ。
(當(dāng)時(shí)勵磁頻率還不可通過鍵盤設(shè)置),安裝后用水調(diào)試時(shí),僅表運(yùn)行正常,當(dāng)測量工藝介質(zhì)石灰漿時(shí),儀表輸出跳動非常嚴(yán)重,從80m³h到120m³/h,儀表無法使用。
在現(xiàn)場詳細(xì)了解了介質(zhì)工藝情況后,得知介質(zhì)中含有大量的顆粒,為典型的液固兩相介質(zhì),在仔細(xì)分析儀表本身運(yùn)行情況后確認(rèn)儀表工作正常,經(jīng)過研究認(rèn)為儀表輸出波動應(yīng)為兩相介質(zhì)中的固態(tài)顆粒引起,為了解決這一問題,對轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)軟件進(jìn)行了修改,增加了12.5Hz和25Hz兩個(gè)頻率,同時(shí)增加了勵磁頻率的鍵盤控制,現(xiàn)場采用25Hz的勵磁頻率,對儀表重新標(biāo)定后,儀表運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定,問題得到了圓滿解決。
(2)呂梁東輝焦化煤氣有限公司選用的電磁流量計(jì),口徑從DN25-DN200,其中DN200用于測量有較多固體物質(zhì)的水煤灰漿液,在測量時(shí)同樣出現(xiàn)輸出波動現(xiàn)象,出廠時(shí)公司設(shè)置的勵磁頻率默認(rèn)值為6.25Hz,用戶通過電話反映了具體現(xiàn)象后,我公司建議用戶現(xiàn)場通過鍵盤將勵磁頻度設(shè)置為12.5Hz,更改設(shè)置后,儀表輸出穩(wěn)定,運(yùn)行正常。
5、小結(jié)
通過以上對電磁流量計(jì)勵磁頻率的分析和實(shí)例分析可以看出,電磁流量計(jì)的勵磁頻率對液固兩相介質(zhì)的測量具有非常嚴(yán)重的影響,只有選擇合適的勵磁方式和勵磁頻率,儀表才能得到滿意的測量結(jié)果,現(xiàn)在出現(xiàn)了所謂的三值勵磁技術(shù)和雙頻勵磁技術(shù),但每種勵磁方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),我們相信隨著現(xiàn)代單片機(jī)技術(shù)和儀表智能化技術(shù)的發(fā)展,一定會有更完善、更**的勵磁方式出現(xiàn)。
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