電磁流量計(jì)技術(shù)文章
1. 概 述
電磁流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EMF)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,近年來(lái)世界范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%~6.5%。
70年代以來(lái)出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式,逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式,儀表性能有了很大提高,得到更為廣泛的應(yīng)用。
2. 原理與機(jī)構(gòu)
EMF的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示,導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng),與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì),電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來(lái)明右手規(guī)則”,其值如下式
式中 E-----感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即流量信號(hào),V;
k-----系數(shù);
B-----磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;
D----測(cè)量管內(nèi)徑,m;
--- 平均流速,m/s。
設(shè)液體的體積流量為
,則
式中 K 為儀表常數(shù),K= 4 KB/πD 。
EMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2,測(cè)量管上下裝有激磁線圈,通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管,一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸,引出感應(yīng)電勢(shì),送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。
3、 優(yōu) 點(diǎn)
EMF的測(cè)量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管,因不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體,如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。
EMF不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失,儀表的阻力僅是同一長(zhǎng)度管道的沿程阻力,節(jié)能*,對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供水管道zui為適合。
EMF所測(cè)得的體積流量,實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率(只要在某閾值以上)變化明顯的影響。
與其他大部分流量?jī)x表相比,前置直管段要求較低。
EMF測(cè)量范圍度大,通常為20:1~50:1,可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5~10m/s內(nèi)選定。有些型號(hào)儀表可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要擴(kuò)大和縮小流量(例如設(shè)有4位數(shù)電位器設(shè)定儀表常數(shù))不必取下作離線實(shí)流標(biāo)定。
EMF的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬,從幾毫米到3m??蓽y(cè)正反雙向流量,也可測(cè)脈動(dòng)流量,只要脈動(dòng)頻率低于激磁頻率很多。儀表輸出本質(zhì)上是線性的。
易于選擇與流體接觸件的材料品種,可應(yīng)用于腐蝕性流體。
4、 缺 點(diǎn)
EMF不能測(cè)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(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。
通用型EMF由于襯里材料和電氣絕緣材料限制,不能用于較高溫度的液體;有些型號(hào)儀表用于過(guò)低于室溫的液體,因測(cè)量管外凝露(或霜)而破壞絕緣。
5、 分 類(lèi)
場(chǎng)上通用型產(chǎn)品和特殊型儀表可以從不同角度分類(lèi)。
如按激磁電流方式劃分,有直流激磁、交流(工頻或其他頻率)激磁、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波激磁。幾種激磁方式的波形見(jiàn)圖3。
按輸出信號(hào)連線和激磁(或電源)連線的制式分類(lèi),有四線制和二線制。
按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類(lèi),有分離型和一體型。
按流量傳感器與管道連接方法分類(lèi),有法蘭連接、法蘭夾裝連接、衛(wèi)生型連接和螺紋連接。
按流量傳感器電極是否與被測(cè)液體接觸分類(lèi),有接觸型和非接觸型。按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類(lèi),有短管型和插入型。
按用途分類(lèi),有通用型、防爆型、衛(wèi)生型、防侵水型和潛水型等。
6. 選用考慮要點(diǎn)
6.1 應(yīng)用概況
EMF應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所,如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏,長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。
6.2精度等級(jí)和功能
市場(chǎng)上通用型EMF的性能有較大差別,有些精度高、功能多,有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為(±0.5%~±1%)R,精度低的儀表則為(±1.5%~±2.5%)FS,兩者價(jià)格相差1~2倍。因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所(例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的,只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所)選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。
有些型號(hào)儀表聲稱(chēng)有更高的度,基本誤差僅(±0.2%~±0.3%)R,但有嚴(yán)格的安裝要求和參比條件,例如環(huán)境溫度20~22℃,前后置直管段長(zhǎng)度要求分別大于10D,3D(通常為5D,2D)甚至提出流量傳感器要與前后置直管組成一體在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn),以減少夾裝不善的影響。因此在多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo),要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說(shuō)明書(shū)做綜合分析。
市場(chǎng)上EMF的功能差別也很大,簡(jiǎn)單的就只是測(cè)量單向流量,只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表;多功能儀表有測(cè)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(hào)切除、流量顯示和總量計(jì)算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片(ASIC),以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。
6.3流速、滿度流量、范圍度和口徑
選定儀表口徑不一定與管徑相同,應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體,管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5~3m/s。EMF用在這樣的管道上,傳感器口徑與管徑相同即可。
EMF滿度流量時(shí)液體流速可在1~10m/s范圍內(nèi)選用,范圍是比較寬的。上限流速在原理上是不受限制的,然而通常建議不超過(guò)5m/s,除非襯里材料能承受液流沖刷,實(shí)際應(yīng)用很少超過(guò)7m/s,超過(guò)10m/s則更為罕見(jiàn)。滿度流量的流速下限一般為1m/s,有些型號(hào)儀表則為0.5m/s。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系,從測(cè)量精度角度考慮,儀表口徑應(yīng)改用小于管徑,以異徑管連接之。
用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體,選用流速不低于2m/s,提高到3~4m/s或以上,起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體,常用流速應(yīng)低于2~3m/s ,以降低對(duì)襯里和電極的磨損。
在測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體,盡可能選定較低流速(小于0.5~1m/s),因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加,而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。
EMF的范圍度是比較大的,通常不低于20,帶有量程自動(dòng)切換功能的儀表,可超過(guò)50~100。
國(guó)內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到3000mm,隨然實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多,但與大部分其他原理流量?jī)x表(如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等)相比,大口徑儀表占有較大比重。某企業(yè)近萬(wàn)臺(tái)儀表中,50mm以下小口徑、65~250mm中口徑、300~900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。
6.4液體電導(dǎo)率
使用EMF的前提是被測(cè)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(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用,超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)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(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容,制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長(zhǎng)度。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5×10-8S/cm的液體。
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(wèn)題,低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問(wèn)題。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過(guò)低就不能使用。表1列出若干液體的電導(dǎo)率。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(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,這類(lèi)雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。對(duì)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(cè)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(cè)量。
表1 若干液體在20℃時(shí)的電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
石油 (3~5)×10-13
丙酮 (2~6)×10-8
純水,高度蒸餾水4×10-8
苯 7.6×10-8
液氨 1.3×10-7
甲醇 (4.4~7.2)×10-7
飲用水 ≈10-4
海水 ≈4×10-2
硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3)
氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4)
氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2)
食鹽水(2.5%) 2×10-1
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
石油 (3~5)×10-13
丙酮 (2~6)×10-8
純水,高度蒸餾水4×10-8
苯 7.6×10-8
液氨 1.3×10-7
甲醇 (4.4~7.2)×10-7
飲用水 ≈10-4
海水 ≈4×10-2
硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3)
氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4)
氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2)
食鹽水(2.5%) 2×10-1
根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn),實(shí)際應(yīng)用的液體電導(dǎo)率要比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)橹圃鞆S儀表規(guī)范規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測(cè)量的zui低值。是受到一些使用條件限制,如電導(dǎo)率均勻性、連接信號(hào)線、外界噪聲等,否則會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象等。我們就多次遇到測(cè)量低度蒸餾水或去離子水,其電導(dǎo)率接近閾值5×10-6S/cm,使用時(shí)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。
6.5液體中含有混入物
混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作,但測(cè)得的是含氣泡體積的混合體積流量;如氣體含量增加到形成彈(塊)狀流,因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開(kāi),出現(xiàn)輸出晃動(dòng)甚至不能正常工作。
含有非鐵磁性顆粒或纖維的固液雙相流體同樣可測(cè)得二相的體積流量。固體含量較高的流體,如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動(dòng),兩者之間有滑動(dòng),速度上有差別,單相液體校驗(yàn)的儀表用于固液雙相流體會(huì)產(chǎn)生附加誤差。雖然還未見(jiàn)到EMF應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但國(guó)外有報(bào)告稱(chēng)固形物含量有14%時(shí)誤差在3%范圍以?xún)?nèi);我國(guó)黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)報(bào)告稱(chēng),測(cè)量高沙含量水的流量,含沙量體積比17%~40%(沙中值粒徑0.35mm),儀表測(cè)量誤差小于3%。
在漿液內(nèi)有較大顆粒擦過(guò)電極表面,在頻率較低的矩形激磁的EMF中會(huì)產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲,使流量信號(hào)不穩(wěn),就要選用較高頻率的儀表或有較強(qiáng)抑制漿液噪聲能力的儀表,也可選用市電交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。
含有鐵磁性物質(zhì)的流體對(duì)通常的EMF,因測(cè)量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化,會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。但在磁路中置有磁通檢測(cè)線圈補(bǔ)償?shù)腅MF,可減小混入鐵磁體的影響。上海光華儀表廠在交流激磁儀表的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中稱(chēng),水中含有液固重量比約4:1,顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿,以80mm口徑儀表作清水和漿液對(duì)比流量試驗(yàn),通常的儀表示值變化7%~10%,裝有磁通檢測(cè)線圈的儀表,示值誤差在±2%FS以?xún)?nèi)。
對(duì)含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用,應(yīng)注意對(duì)傳感器襯里的磨損程度,測(cè)量管內(nèi)徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生附加誤差。這種場(chǎng)合應(yīng)選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里,同時(shí)建議傳感器安裝在垂直管道上,使管道磨損均勻,消除水平安裝下半部局部磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)。也可以在傳感器進(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套,相對(duì)延長(zhǎng)使用期。
6.6 附著和沉淀
測(cè)量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時(shí),若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì),信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作,若是非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意電極的污染,譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮出沉垢。國(guó)外產(chǎn)品曾有電極上裝超聲波換能器,以清除表面垢層,但現(xiàn)已少見(jiàn)。也有暫時(shí)斷開(kāi)測(cè)量電路,在電極簡(jiǎn)短時(shí)間內(nèi)流過(guò)低壓大電流,焚燒清除附著油脂類(lèi)附著層。易產(chǎn)生附著的場(chǎng)所可提高流速以達(dá)到自清掃的目的,還可以采取較方便的易清洗的管道連接,可不拆卸清洗傳感器。
非接觸型電極 EMF附著非導(dǎo)電膜層,儀表仍能工作,但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。
6.7 與流體接觸零部件材料的選擇
與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測(cè)量管)、電極、接地環(huán)和密封墊片,其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)流體的適應(yīng)性。由于零部件少,形狀簡(jiǎn)單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對(duì)流體的適應(yīng)性強(qiáng)。
(1) 襯里材料(或直接與介質(zhì)接觸的測(cè)量管)
常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁999.7%AI2O3)陶瓷制成襯里的,但只限中小口徑傳感器。
氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿,價(jià)格zui為低廉。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性,但耐磨性差,不能用于測(cè)量礦漿液。氟塑料中zui早應(yīng)用的是聚四氟乙烯,因與測(cè)量管間僅靠壓貼,無(wú)粘結(jié)力,不能用于負(fù)壓管道,后開(kāi)發(fā)各種改性品種,實(shí)現(xiàn)注塑成形,與測(cè)量管有較強(qiáng)結(jié)合力,可用于負(fù)壓, 聚氨酯橡膠有*的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍,適用于煤漿、礦漿等;介質(zhì)溫度要低于40~60/70℃。氧化鋁陶瓷有*的耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐磨腐蝕性,耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍,適用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆,安裝夾緊時(shí)疏忽易碎,可用于較高溫度(120~140/180℃)但要防止溫度劇變,如通蒸汽滅菌,一般溫度突變不能大于100℃,升溫150℃ 要有10min時(shí)間。
通用型EMF幾種材料的壓力溫度大體適用范圍可參閱圖4。
?。?) 電極和接地環(huán)材料
電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。
1)選擇耐腐蝕材料 EMF電極的耐腐蝕性要求很高,常用金屬材料有含鉬耐酸鋼Icr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C、鈦、鉭、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際和以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。有時(shí)后要做必要的實(shí)驗(yàn),如現(xiàn)場(chǎng)取液體樣品在實(shí)驗(yàn)室做待用材料的腐蝕性試驗(yàn)。的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)掛片,這是zui接近實(shí)際應(yīng)用條件的腐蝕性試驗(yàn),可以得出比較可靠能否適用的結(jié)論。
2)避免電極表面效應(yīng) 電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時(shí)候電極材料對(duì)被測(cè)介質(zhì)有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是適用的材料,還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。
電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。
化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測(cè)介質(zhì)接觸后,形成鈍化膜或氧化層。他們對(duì)耐腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用,但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì)被氧化,生成絕緣層。
對(duì)于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì)------電極材料匹配,還沒(méi)有像腐蝕性那樣有充足的資料可查,只有一些有限經(jīng)驗(yàn),尚待在實(shí)踐中積累。
接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端,他們的耐腐蝕要求比電極低,充分有一定腐蝕,定期更換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用鉭鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。
7、 安裝使用注意事項(xiàng)
7.1 使用時(shí)應(yīng)注意的一般事項(xiàng)
液體應(yīng)具有測(cè)量所需的電導(dǎo)率,并要求電導(dǎo)率分布大體上均勻。因此流量傳感器安裝要避開(kāi)容易產(chǎn)生電導(dǎo)率不均勻場(chǎng)所,例如其上游附近加入藥液,加液點(diǎn)設(shè)于傳感器下游。
使用時(shí)傳感器測(cè)量管必須充滿液體(非滿管型例外)。有混合時(shí),其分布應(yīng)大體均勻。
液體應(yīng)與地同電位,必須接地。如工藝管道用塑料等絕緣材料時(shí),輸送液體產(chǎn)生摩檫靜電等原因,造成液體與地間有電位差。
7.2 流量傳感器安裝
?。?) 安裝場(chǎng)所
通常電磁流量傳感器外殼防護(hù)等極為IP65(GB 4208規(guī)定的防塵防噴水級(jí)),對(duì)安裝場(chǎng)所有以下要求。
1) 測(cè)量混合相流體時(shí),選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所;測(cè)量雙組分液體時(shí),避免裝在混合尚未均勻的下游;測(cè)量化學(xué)反應(yīng)管道時(shí),要裝在反應(yīng)充分完成段的下游;
2) 盡可能避免測(cè)量管內(nèi)變成負(fù)壓;
3) 選擇震動(dòng)小的場(chǎng)所,特別對(duì)一體型儀表;
4) 避免附近有大電機(jī)、大變壓器等,以免引起電磁場(chǎng)干擾;
5) 易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場(chǎng)所;
6) 盡可能避開(kāi)周?chē)h(huán)境有高濃度腐蝕性氣體;
7) 環(huán)境溫度在-25/-10~50/600℃范圍內(nèi),一體形結(jié)構(gòu)溫度還受制于電子元器件,范圍要窄些;
8) 環(huán)境相對(duì)濕度在10%~90%范圍內(nèi);
9) 盡可能避免受陽(yáng)光直照;
10) 避免雨水浸淋,不會(huì)被水浸沒(méi)。
如果防護(hù)等級(jí)是IP67(防塵防浸水級(jí))或IP68 (防塵防潛水級(jí)),則無(wú)需上述8)、10)兩項(xiàng)要求。
?。?) 直管段長(zhǎng)度要求
為獲得正常測(cè)量度,電磁流量傳感器上游也要有一定長(zhǎng)度直管段,但其長(zhǎng)度與大部分其它流量?jī)x表相比要求較低。90?彎頭、T形管、同心異徑管、全開(kāi)閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線(不是傳感器進(jìn)口端連接面)5倍直徑(5D)長(zhǎng)度的直管段,不同開(kāi)度的閥則需10D;下游直管段為(2~3)D或無(wú)要求;但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測(cè)量管內(nèi)。各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長(zhǎng)度亦不一致,匯集如表2所示,要求比通常要求高。這是由于為保證達(dá)到當(dāng)前0.5級(jí)精度儀表的要求。
擾流件名稱(chēng)
標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程號(hào)
ISO 6817
ISO 9104
JIS B7554
ZBN 12007
JJG 198
上游
彎管、形管、全開(kāi)閘閥、漸擴(kuò)管
10D 或制造廠規(guī)定
10D
5D
5D
10D
漸縮管
可視作直管
其他各種閥
10D
下游
各類(lèi)
未提要求
5D
未提要求
2D
2D
如閥能開(kāi)使用時(shí),應(yīng)按閥截流方向和電極軸成45?角度安裝,則附加誤差可大為減少。
?。?) 安裝位置和流動(dòng)方向
傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可,不受限制。但測(cè)量固液兩相流體垂直安裝,自下而上流動(dòng)。這樣能避免水平安裝時(shí)襯里下半部局部磨損嚴(yán)重,低流速時(shí)固相沉淀等缺點(diǎn)。
水平安裝時(shí)要使電極軸線平行于地平線,不要處于垂直于地平線,因?yàn)樘幱诘夭降碾姌O易被沉積物覆蓋,頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過(guò)遮住電極表面,使輸出信號(hào)波動(dòng)。圖5所示管系中,c、d為適宜位置;a、b 、e為不宜位置,b處可能液體不充滿,a、e處易積聚氣體,且e處傳感器后管段短也有可能不充滿,排放口如f形狀所示。對(duì)于固液兩相流c處亦是不宜位置。
?。?) 旁路管、便于清洗連接和預(yù)置入孔
為便于在工藝管道繼續(xù)流動(dòng)和傳感器停止流動(dòng)時(shí)檢查和調(diào)整零點(diǎn),應(yīng)裝旁路管。但大管徑管系因投資和位置空間限制,往往不易辦到。根據(jù)電極污染程度來(lái)校正測(cè)量值,或確定一個(gè)不影響測(cè)量值的污染程度判斷基準(zhǔn)是困難的。除前文所述,采用非接觸電極或帶刮刀清除裝置電極的儀表,可解決一些問(wèn)題外,有時(shí)還需要清除內(nèi)壁附著物,則可按圖6所示,不卸下傳感器就地清除。
對(duì)于管徑大于1.5~1.6m的管系在EMF 附近管道上,預(yù)置入孔,以便管系停止運(yùn)行時(shí)清洗傳感器測(cè)量管內(nèi)壁。
(5) 負(fù)壓管系的安裝
氟塑料襯里傳感器須謹(jǐn)慎地應(yīng)用于負(fù)壓管系;正壓管系應(yīng)防止產(chǎn)生負(fù)壓,例如液體溫度高于室溫的管系,關(guān)閉傳感器上下游截止閥停止運(yùn)行后,流體冷卻收縮會(huì)形成負(fù)壓,應(yīng)在傳感器附近裝負(fù)壓防止閥,如圖7所示。有制造廠規(guī)定PTFE 和PFA 塑料襯里應(yīng)用于負(fù)壓管系的壓力可在200C、1000C、1300C時(shí)使用的壓力必須分別大于27、40、50KPa.
(6) 接地
傳感器必須單獨(dú)接地(接地電阻100Ω以下)。分離型原則上接地應(yīng)在傳感器一側(cè),轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護(hù)管道上,除了傳感器和接地環(huán)一起接地外,還要用較粗銅導(dǎo)線(16mm2)饒過(guò)傳感器跨接管道兩連接法蘭上,使陰極保護(hù)電流于傳感器之間隔離。
有時(shí)后雜散電流過(guò)大,如電解槽沿著電解液的泄漏電流影響 EMF 正常測(cè)量,則可采取流量傳感器與其連接的工藝之間電氣隔離的辦法。同樣有陰極保護(hù)的管線上,陰極保護(hù)電流影響 EMF 測(cè)量時(shí),也可以采取本方法。
7.3轉(zhuǎn)換器安裝和連接電纜
一體型 EMF 無(wú)單獨(dú)安裝轉(zhuǎn)換器;分離型轉(zhuǎn)換器安裝在傳感器附近或儀表室,場(chǎng)所選擇余地較大,環(huán)境條件比傳感器好些,其防護(hù)等級(jí)是 IP65 或 IP64 (防塵防濺級(jí))。安裝場(chǎng)所的要求與7.2節(jié)之(1)中3)、4)、6)、8)、9)、10)各條相同,環(huán)境溫度受電子件限制,使用溫度范圍比7)規(guī)定所列要窄些。
轉(zhuǎn)換器和傳感器間距離受制于被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率和信號(hào)電纜型號(hào),即電纜的分布電容、導(dǎo)線截面和屏蔽層數(shù)等。要用制造廠隨儀表所附(或規(guī)定型號(hào))的信號(hào)電纜。電導(dǎo)率較低液體和傳輸距離較長(zhǎng)時(shí),也有規(guī)定用三層屏蔽電纜。一般儀表“使用說(shuō)明書(shū)”對(duì)不同電導(dǎo)率液體給出相應(yīng)傳輸距離范圍。單層屏蔽電纜用于工業(yè)用水或酸堿液通??蓚魉途嚯x100m。
為了避免干擾信號(hào),信號(hào)電纜必須單獨(dú)穿在接地保護(hù)鋼管內(nèi),不能把信號(hào)電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)。
1. 概 述
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電磁流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EMF)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,近年來(lái)世界范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%~6.5%。
70年代以來(lái)出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式,逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式,儀表性能有了很大提高,得到更為廣泛的應(yīng)用。
2. 原理與機(jī)構(gòu)
EMF的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示,導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng),與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì),電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來(lái)明右手規(guī)則”,其值如下式
式中 E-----感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即流量信號(hào),V;
k-----系數(shù);
B-----磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;
D----測(cè)量管內(nèi)徑,m;
--- 平均流速,m/s。
設(shè)液體的體積流量為
,則
式中 K 為儀表常數(shù),K= 4 KB/πD 。
EMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2,測(cè)量管上下裝有激磁線圈,通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管,一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸,引出感應(yīng)電勢(shì),送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。
3、 優(yōu) 點(diǎn)
EMF的測(cè)量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管,因不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆?;蚶w維的液固二相流體,如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。
EMF不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失,儀表的阻力僅是同一長(zhǎng)度管道的沿程阻力,節(jié)能*,對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供水管道zui為適合。
EMF所測(cè)得的體積流量,實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率(只要在某閾值以上)變化明顯的影響。
與其他大部分流量?jī)x表相比,前置直管段要求較低。
EMF測(cè)量范圍度大,通常為20:1~50:1,可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5~10m/s內(nèi)選定。有些型號(hào)儀表可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要擴(kuò)大和縮小流量(例如設(shè)有4位數(shù)電位器設(shè)定儀表常數(shù))不必取下作離線實(shí)流標(biāo)定。
EMF的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬,從幾毫米到3m??蓽y(cè)正反雙向流量,也可測(cè)脈動(dòng)流量,只要脈動(dòng)頻率低于激磁頻率很多。儀表輸出本質(zhì)上是線性的。
易于選擇與流體接觸件的材料品種,可應(yīng)用于腐蝕性流體。
4、 缺 點(diǎn)
EMF不能測(cè)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(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。
通用型EMF由于襯里材料和電氣絕緣材料限制,不能用于較高溫度的液體;有些型號(hào)儀表用于過(guò)低于室溫的液體,因測(cè)量管外凝露(或霜)而破壞絕緣。
5、 分 類(lèi)
場(chǎng)上通用型產(chǎn)品和特殊型儀表可以從不同角度分類(lèi)。
如按激磁電流方式劃分,有直流激磁、交流(工頻或其他頻率)激磁、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波激磁。幾種激磁方式的波形見(jiàn)圖3。
按輸出信號(hào)連線和激磁(或電源)連線的制式分類(lèi),有四線制和二線制。
按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類(lèi),有分離型和一體型。
按流量傳感器與管道連接方法分類(lèi),有法蘭連接、法蘭夾裝連接、衛(wèi)生型連接和螺紋連接。
按流量傳感器電極是否與被測(cè)液體接觸分類(lèi),有接觸型和非接觸型。按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類(lèi),有短管型和插入型。
按用途分類(lèi),有通用型、防爆型、衛(wèi)生型、防侵水型和潛水型等。
6. 選用考慮要點(diǎn)
6.1 應(yīng)用概況
EMF應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所,如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏,長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。
6.2精度等級(jí)和功能
市場(chǎng)上通用型EMF的性能有較大差別,有些精度高、功能多,有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為(±0.5%~±1%)R,精度低的儀表則為(±1.5%~±2.5%)FS,兩者價(jià)格相差1~2倍。因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所(例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的,只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所)選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。
有些型號(hào)儀表聲稱(chēng)有更高的度,基本誤差僅(±0.2%~±0.3%)R,但有嚴(yán)格的安裝要求和參比條件,例如環(huán)境溫度20~22℃,前后置直管段長(zhǎng)度要求分別大于10D,3D(通常為5D,2D)甚至提出流量傳感器要與前后置直管組成一體在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn),以減少夾裝不善的影響。因此在多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo),要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說(shuō)明書(shū)做綜合分析。
市場(chǎng)上EMF的功能差別也很大,簡(jiǎn)單的就只是測(cè)量單向流量,只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表;多功能儀表有測(cè)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(hào)切除、流量顯示和總量計(jì)算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片(ASIC),以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。
6.3流速、滿度流量、范圍度和口徑
選定儀表口徑不一定與管徑相同,應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體,管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5~3m/s。EMF用在這樣的管道上,傳感器口徑與管徑相同即可。
EMF滿度流量時(shí)液體流速可在1~10m/s范圍內(nèi)選用,范圍是比較寬的。上限流速在原理上是不受限制的,然而通常建議不超過(guò)5m/s,除非襯里材料能承受液流沖刷,實(shí)際應(yīng)用很少超過(guò)7m/s,超過(guò)10m/s則更為罕見(jiàn)。滿度流量的流速下限一般為1m/s,有些型號(hào)儀表則為0.5m/s。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系,從測(cè)量精度角度考慮,儀表口徑應(yīng)改用小于管徑,以異徑管連接之。
用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體,選用流速不低于2m/s,提高到3~4m/s或以上,起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體,常用流速應(yīng)低于2~3m/s ,以降低對(duì)襯里和電極的磨損。
在測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體,盡可能選定較低流速(小于0.5~1m/s),因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加,而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。
EMF的范圍度是比較大的,通常不低于20,帶有量程自動(dòng)切換功能的儀表,可超過(guò)50~100。
國(guó)內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到3000mm,隨然實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多,但與大部分其他原理流量?jī)x表(如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等)相比,大口徑儀表占有較大比重。某企業(yè)近萬(wàn)臺(tái)儀表中,50mm以下小口徑、65~250mm中口徑、300~900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。
6.4液體電導(dǎo)率
使用EMF的前提是被測(cè)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(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用,超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)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(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容,制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長(zhǎng)度。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5×10-8S/cm的液體。
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(wèn)題,低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問(wèn)題。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過(guò)低就不能使用。表1列出若干液體的電導(dǎo)率。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(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,這類(lèi)雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。對(duì)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(cè)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(cè)量。
表1 若干液體在20℃時(shí)的電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
石油 (3~5)×10-13
丙酮 (2~6)×10-8
純水,高度蒸餾水4×10-8
苯 7.6×10-8
液氨 1.3×10-7
甲醇 (4.4~7.2)×10-7
飲用水 ≈10-4
海水 ≈4×10-2
硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3)
氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4)
氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2)
食鹽水(2.5%) 2×10-1
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
液體名稱(chēng) 電導(dǎo)率
石油 (3~5)×10-13
丙酮 (2~6)×10-8
純水,高度蒸餾水4×10-8
苯 7.6×10-8
液氨 1.3×10-7
甲醇 (4.4~7.2)×10-7
飲用水 ≈10-4
海水 ≈4×10-2
硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3)
氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4)
氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2)
食鹽水(2.5%) 2×10-1
根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn),實(shí)際應(yīng)用的液體電導(dǎo)率要比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)橹圃鞆S儀表規(guī)范規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測(cè)量的zui低值。是受到一些使用條件限制,如電導(dǎo)率均勻性、連接信號(hào)線、外界噪聲等,否則會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象等。我們就多次遇到測(cè)量低度蒸餾水或去離子水,其電導(dǎo)率接近閾值5×10-6S/cm,使用時(shí)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。
6.5液體中含有混入物
混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作,但測(cè)得的是含氣泡體積的混合體積流量;如氣體含量增加到形成彈(塊)狀流,因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開(kāi),出現(xiàn)輸出晃動(dòng)甚至不能正常工作。
含有非鐵磁性顆?;蚶w維的固液雙相流體同樣可測(cè)得二相的體積流量。固體含量較高的流體,如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動(dòng),兩者之間有滑動(dòng),速度上有差別,單相液體校驗(yàn)的儀表用于固液雙相流體會(huì)產(chǎn)生附加誤差。雖然還未見(jiàn)到EMF應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但國(guó)外有報(bào)告稱(chēng)固形物含量有14%時(shí)誤差在3%范圍以?xún)?nèi);我國(guó)黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)報(bào)告稱(chēng),測(cè)量高沙含量水的流量,含沙量體積比17%~40%(沙中值粒徑0.35mm),儀表測(cè)量誤差小于3%。
在漿液內(nèi)有較大顆粒擦過(guò)電極表面,在頻率較低的矩形激磁的EMF中會(huì)產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲,使流量信號(hào)不穩(wěn),就要選用較高頻率的儀表或有較強(qiáng)抑制漿液噪聲能力的儀表,也可選用市電交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。
含有鐵磁性物質(zhì)的流體對(duì)通常的EMF,因測(cè)量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化,會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。但在磁路中置有磁通檢測(cè)線圈補(bǔ)償?shù)腅MF,可減小混入鐵磁體的影響。上海光華儀表廠在交流激磁儀表的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中稱(chēng),水中含有液固重量比約4:1,顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿,以80mm口徑儀表作清水和漿液對(duì)比流量試驗(yàn),通常的儀表示值變化7%~10%,裝有磁通檢測(cè)線圈的儀表,示值誤差在±2%FS以?xún)?nèi)。
對(duì)含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用,應(yīng)注意對(duì)傳感器襯里的磨損程度,測(cè)量管內(nèi)徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生附加誤差。這種場(chǎng)合應(yīng)選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里,同時(shí)建議傳感器安裝在垂直管道上,使管道磨損均勻,消除水平安裝下半部局部磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)。也可以在傳感器進(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套,相對(duì)延長(zhǎng)使用期。
6.6 附著和沉淀
測(cè)量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時(shí),若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì),信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作,若是非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意電極的污染,譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮出沉垢。國(guó)外產(chǎn)品曾有電極上裝超聲波換能器,以清除表面垢層,但現(xiàn)已少見(jiàn)。也有暫時(shí)斷開(kāi)測(cè)量電路,在電極簡(jiǎn)短時(shí)間內(nèi)流過(guò)低壓大電流,焚燒清除附著油脂類(lèi)附著層。易產(chǎn)生附著的場(chǎng)所可提高流速以達(dá)到自清掃的目的,還可以采取較方便的易清洗的管道連接,可不拆卸清洗傳感器。
非接觸型電極 EMF附著非導(dǎo)電膜層,儀表仍能工作,但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。
6.7 與流體接觸零部件材料的選擇
與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測(cè)量管)、電極、接地環(huán)和密封墊片,其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)流體的適應(yīng)性。由于零部件少,形狀簡(jiǎn)單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對(duì)流體的適應(yīng)性強(qiáng)。
?。?) 襯里材料(或直接與介質(zhì)接觸的測(cè)量管)
常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁999.7%AI2O3)陶瓷制成襯里的,但只限中小口徑傳感器。
氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿,價(jià)格zui為低廉。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性,但耐磨性差,不能用于測(cè)量礦漿液。氟塑料中zui早應(yīng)用的是聚四氟乙烯,因與測(cè)量管間僅靠壓貼,無(wú)粘結(jié)力,不能用于負(fù)壓管道,后開(kāi)發(fā)各種改性品種,實(shí)現(xiàn)注塑成形,與測(cè)量管有較強(qiáng)結(jié)合力,可用于負(fù)壓, 聚氨酯橡膠有*的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍,適用于煤漿、礦漿等;介質(zhì)溫度要低于40~60/70℃。氧化鋁陶瓷有*的耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐磨腐蝕性,耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍,適用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆,安裝夾緊時(shí)疏忽易碎,可用于較高溫度(120~140/180℃)但要防止溫度劇變,如通蒸汽滅菌,一般溫度突變不能大于100℃,升溫150℃ 要有10min時(shí)間。
通用型EMF幾種材料的壓力溫度大體適用范圍可參閱圖4。
?。?) 電極和接地環(huán)材料
電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。
1)選擇耐腐蝕材料 EMF電極的耐腐蝕性要求很高,常用金屬材料有含鉬耐酸鋼Icr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C、鈦、鉭、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際和以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。有時(shí)后要做必要的實(shí)驗(yàn),如現(xiàn)場(chǎng)取液體樣品在實(shí)驗(yàn)室做待用材料的腐蝕性試驗(yàn)。的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)掛片,這是zui接近實(shí)際應(yīng)用條件的腐蝕性試驗(yàn),可以得出比較可靠能否適用的結(jié)論。
2)避免電極表面效應(yīng) 電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時(shí)候電極材料對(duì)被測(cè)介質(zhì)有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是適用的材料,還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。
電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。
化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測(cè)介質(zhì)接觸后,形成鈍化膜或氧化層。他們對(duì)耐腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用,但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì)被氧化,生成絕緣層。
對(duì)于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì)------電極材料匹配,還沒(méi)有像腐蝕性那樣有充足的資料可查,只有一些有限經(jīng)驗(yàn),尚待在實(shí)踐中積累。
接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端,他們的耐腐蝕要求比電極低,充分有一定腐蝕,定期更換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用鉭鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。
7、 安裝使用注意事項(xiàng)
7.1 使用時(shí)應(yīng)注意的一般事項(xiàng)
液體應(yīng)具有測(cè)量所需的電導(dǎo)率,并要求電導(dǎo)率分布大體上均勻。因此流量傳感器安裝要避開(kāi)容易產(chǎn)生電導(dǎo)率不均勻場(chǎng)所,例如其上游附近加入藥液,加液點(diǎn)設(shè)于傳感器下游。
使用時(shí)傳感器測(cè)量管必須充滿液體(非滿管型例外)。有混合時(shí),其分布應(yīng)大體均勻。
液體應(yīng)與地同電位,必須接地。如工藝管道用塑料等絕緣材料時(shí),輸送液體產(chǎn)生摩檫靜電等原因,造成液體與地間有電位差。
7.2 流量傳感器安裝
?。?) 安裝場(chǎng)所
通常電磁流量傳感器外殼防護(hù)等極為IP65(GB 4208規(guī)定的防塵防噴水級(jí)),對(duì)安裝場(chǎng)所有以下要求。
1) 測(cè)量混合相流體時(shí),選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所;測(cè)量雙組分液體時(shí),避免裝在混合尚未均勻的下游;測(cè)量化學(xué)反應(yīng)管道時(shí),要裝在反應(yīng)充分完成段的下游;
2) 盡可能避免測(cè)量管內(nèi)變成負(fù)壓;
3) 選擇震動(dòng)小的場(chǎng)所,特別對(duì)一體型儀表;
4) 避免附近有大電機(jī)、大變壓器等,以免引起電磁場(chǎng)干擾;
5) 易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場(chǎng)所;
6) 盡可能避開(kāi)周?chē)h(huán)境有高濃度腐蝕性氣體;
7) 環(huán)境溫度在-25/-10~50/600℃范圍內(nèi),一體形結(jié)構(gòu)溫度還受制于電子元器件,范圍要窄些;
8) 環(huán)境相對(duì)濕度在10%~90%范圍內(nèi);
9) 盡可能避免受陽(yáng)光直照;
10) 避免雨水浸淋,不會(huì)被水浸沒(méi)。
如果防護(hù)等級(jí)是IP67(防塵防浸水級(jí))或IP68 (防塵防潛水級(jí)),則無(wú)需上述8)、10)兩項(xiàng)要求。
(2) 直管段長(zhǎng)度要求
為獲得正常測(cè)量度,電磁流量傳感器上游也要有一定長(zhǎng)度直管段,但其長(zhǎng)度與大部分其它流量?jī)x表相比要求較低。90?彎頭、T形管、同心異徑管、全開(kāi)閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線(不是傳感器進(jìn)口端連接面)5倍直徑(5D)長(zhǎng)度的直管段,不同開(kāi)度的閥則需10D;下游直管段為(2~3)D或無(wú)要求;但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測(cè)量管內(nèi)。各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長(zhǎng)度亦不一致,匯集如表2所示,要求比通常要求高。這是由于為保證達(dá)到當(dāng)前0.5級(jí)精度儀表的要求。
擾流件名稱(chēng)
標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程號(hào)
ISO 6817
ISO 9104
JIS B7554
ZBN 12007
JJG 198
上游
彎管、形管、全開(kāi)閘閥、漸擴(kuò)管
10D 或制造廠規(guī)定
10D
5D
5D
10D
漸縮管
可視作直管
其他各種閥
10D
下游
各類(lèi)
未提要求
5D
未提要求
2D
2D
如閥能開(kāi)使用時(shí),應(yīng)按閥截流方向和電極軸成45?角度安裝,則附加誤差可大為減少。
?。?) 安裝位置和流動(dòng)方向
傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可,不受限制。但測(cè)量固液兩相流體垂直安裝,自下而上流動(dòng)。這樣能避免水平安裝時(shí)襯里下半部局部磨損嚴(yán)重,低流速時(shí)固相沉淀等缺點(diǎn)。
水平安裝時(shí)要使電極軸線平行于地平線,不要處于垂直于地平線,因?yàn)樘幱诘夭降碾姌O易被沉積物覆蓋,頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過(guò)遮住電極表面,使輸出信號(hào)波動(dòng)。圖5所示管系中,c、d為適宜位置;a、b 、e為不宜位置,b處可能液體不充滿,a、e處易積聚氣體,且e處傳感器后管段短也有可能不充滿,排放口如f形狀所示。對(duì)于固液兩相流c處亦是不宜位置。
?。?) 旁路管、便于清洗連接和預(yù)置入孔
為便于在工藝管道繼續(xù)流動(dòng)和傳感器停止流動(dòng)時(shí)檢查和調(diào)整零點(diǎn),應(yīng)裝旁路管。但大管徑管系因投資和位置空間限制,往往不易辦到。根據(jù)電極污染程度來(lái)校正測(cè)量值,或確定一個(gè)不影響測(cè)量值的污染程度判斷基準(zhǔn)是困難的。除前文所述,采用非接觸電極或帶刮刀清除裝置電極的儀表,可解決一些問(wèn)題外,有時(shí)還需要清除內(nèi)壁附著物,則可按圖6所示,不卸下傳感器就地清除。
對(duì)于管徑大于1.5~1.6m的管系在EMF 附近管道上,預(yù)置入孔,以便管系停止運(yùn)行時(shí)清洗傳感器測(cè)量管內(nèi)壁。
(5) 負(fù)壓管系的安裝
氟塑料襯里傳感器須謹(jǐn)慎地應(yīng)用于負(fù)壓管系;正壓管系應(yīng)防止產(chǎn)生負(fù)壓,例如液體溫度高于室溫的管系,關(guān)閉傳感器上下游截止閥停止運(yùn)行后,流體冷卻收縮會(huì)形成負(fù)壓,應(yīng)在傳感器附近裝負(fù)壓防止閥,如圖7所示。有制造廠規(guī)定PTFE 和PFA 塑料襯里應(yīng)用于負(fù)壓管系的壓力可在200C、1000C、1300C時(shí)使用的壓力必須分別大于27、40、50KPa.
?。?) 接地
傳感器必須單獨(dú)接地(接地電阻100Ω以下)。分離型原則上接地應(yīng)在傳感器一側(cè),轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護(hù)管道上,除了傳感器和接地環(huán)一起接地外,還要用較粗銅導(dǎo)線(16mm2)饒過(guò)傳感器跨接管道兩連接法蘭上,使陰極保護(hù)電流于傳感器之間隔離。
有時(shí)后雜散電流過(guò)大,如電解槽沿著電解液的泄漏電流影響 EMF 正常測(cè)量,則可采取流量傳感器與其連接的工藝之間電氣隔離的辦法。同樣有陰極保護(hù)的管線上,陰極保護(hù)電流影響 EMF 測(cè)量時(shí),也可以采取本方法。
7.3轉(zhuǎn)換器安裝和連接電纜
一體型 EMF 無(wú)單獨(dú)安裝轉(zhuǎn)換器;分離型轉(zhuǎn)換器安裝在傳感器附近或儀表室,場(chǎng)所選擇余地較大,環(huán)境條件比傳感器好些,其防護(hù)等級(jí)是 IP65 或 IP64 (防塵防濺級(jí))。安裝場(chǎng)所的要求與7.2節(jié)之(1)中3)、4)、6)、8)、9)、10)各條相同,環(huán)境溫度受電子件限制,使用溫度范圍比7)規(guī)定所列要窄些。
轉(zhuǎn)換器和傳感器間距離受制于被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率和信號(hào)電纜型號(hào),即電纜的分布電容、導(dǎo)線截面和屏蔽層數(shù)等。要用制造廠隨儀表所附(或規(guī)定型號(hào))的信號(hào)電纜。電導(dǎo)率較低液體和傳輸距離較長(zhǎng)時(shí),也有規(guī)定用三層屏蔽電纜。一般儀表“使用說(shuō)明書(shū)”對(duì)不同電導(dǎo)率液體給出相應(yīng)傳輸距離范圍。單層屏蔽電纜用于工業(yè)用水或酸堿液通??蓚魉途嚯x100m。
為了避免干擾信號(hào),信號(hào)電纜必須單獨(dú)穿在接地保護(hù)鋼管內(nèi),不能把信號(hào)電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)。
東莞市科迪儀器是專(zhuān)業(yè)的高低溫試驗(yàn)箱 、恒濕恒濕試驗(yàn)箱、冷熱沖擊試驗(yàn)機(jī)、 鹽霧試驗(yàn)箱、拉力試驗(yàn)機(jī)、各種振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、沙塵試驗(yàn)箱等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)家。