電磁流量計設(shè)計中需要深入研究的問題電磁流量計設(shè)計中需要深入研究的問題
對電磁流量計在工程設(shè)計選用中的幾個方面，包括被測液體的電導(dǎo)率、流量計口徑的選擇、電極材料的選擇、傳感器接地及接地環(huán)的材料的選擇進(jìn)行了深入的分析研究，以避免一些電磁流量計在應(yīng)用中的常見故障，供工程設(shè)計人員參考。
電導(dǎo)率；接地；電極材料；接地環(huán)
電磁流量計（eletromagnetic flowmeters，簡稱emf）是20 世紀(jì)50~60 年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。由于其*的優(yōu)點，發(fā)展非常迅速，已經(jīng)成為的流量計之一，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，發(fā)展前景未可*。
1 電磁流量計的工作原理
在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器安裝在工業(yè)過程管道上，它的作用是將流進(jìn)管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢信號，并通過傳輸線將此信號送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠(yuǎn)的地方，它將傳感器送來的流量信號進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成流量信號成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出，以進(jìn)行顯示，累積和調(diào)節(jié)控制。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應(yīng)強度b，導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度l 及導(dǎo)體的運動速度v成正比，如果b，l，v 三者互相垂直，則e ＝ bl v （1）與此相仿，在磁感應(yīng)強度為b 的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為d 的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速v 流動時，導(dǎo)電流體就切割磁力線。如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極（如圖）則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也產(chǎn)生感生電動勢：e=bd vf （2）式中，vf 為管道截面上的平均流速。由此可得管道的體積流量qv 為：qv = 4??d2vf = 4??d be （3）由上式可見，體積流量qv 與感應(yīng)電動勢e 和測量管內(nèi)徑d 成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強度b 成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)．這就是電磁流量計的測量原理。
2 電磁流量計選用的深入分析研究
電磁流量計目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過程中各種導(dǎo)電液體的流量測量，如：各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)。另外，由于電磁流量計的傳感器結(jié)構(gòu)牢固可靠，無可動部件，也沒有阻礙流體流動的節(jié)流件，不會堵塞，因此，特別適用于帶有懸浮物、固體顆粒、纖維等臟污流、漿液等的流量測量，形成了*的應(yīng)用領(lǐng)域。在電磁流量計的日常應(yīng)用中，為避免一些不必要的故障，本文對于在工程設(shè)計中電磁流量計的被測液體的電導(dǎo)率、口徑的選擇、電極材料的選擇、傳感器接地及接地環(huán)材料的選擇這幾個方面進(jìn)行了深入的分析研究。
2.1 被測液體的電導(dǎo)率
電磁流量計測量的液體必須是導(dǎo)電的，在設(shè)計選型中，只要被測液體的電導(dǎo)率超過電磁流量計的閾值，即使變化也不會影響測量值，但如果低于閾值則會產(chǎn)生測量誤差。電導(dǎo)率的降低，將會增加傳感器的輸出阻抗，并且因轉(zhuǎn)換器輸入阻抗引起的負(fù)載效應(yīng)而產(chǎn)生誤差。因此，電磁流量計不適用于電導(dǎo)率太低的液體，具體可根據(jù)各個制造廠樣本參數(shù)判定。也不能測量氣體，蒸汽及含有氣泡的液體。另外，不要把電磁流量計安裝在液體電導(dǎo)率極不均勻的地方。尤其在流量計安裝上游有化學(xué)物質(zhì)注入的情況下，極易導(dǎo)致電導(dǎo)率的不均勻性，從而對于流量計的測量產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。若工藝有要求注入化學(xué)物質(zhì)，在這種情況下，可以在電磁流量計安裝的下游管道注入。如果必須從電磁流量計安裝的上游管道注入化學(xué)物質(zhì)，則必須裝上足夠長的直管段，以保證液體充分混合均勻。
2.2 傳感器口徑與連接的工藝管道口徑
智能電磁流量計的口徑是根據(jù)管道內(nèi)的平均流速而定的。通常選用與連接的工藝管道相同的口徑或略小些，不一定要與管道口徑*一致，可以用異徑管連接。管道的平均流速則根據(jù)不同的情況而定。一般工業(yè)輸水管道的經(jīng)濟流速1.5~3m/s，易粘附沉積結(jié)垢物質(zhì)則提高到3~4 m/s 或者更高，漿料等腐蝕性強的為2~3 m/s。電磁流量計的液體流速范圍還是很寬的，可以在1~10 m/s 之間選用。原理上，上限流速并沒有限制，滿刻度流量的流速下限一般為1m/s，有些產(chǎn)品更低，為0.3 m/s。在這個流速范圍內(nèi)，考慮安裝方便，電磁流量計口徑可以選擇和管道口徑一致，不要選擇異徑管。有時也會選擇電磁流量計口徑與連接的工藝管道口徑不相同。如：管道內(nèi)流速偏低，低于流量計的液體流速范圍，工藝流量又比較穩(wěn)定，從測量的準(zhǔn)確度考慮，在流量計處局部提高流速，選擇傳感器口徑小于工藝管道口徑，以異徑管連接到管道。另外，對于大口徑的電磁流量計，口徑越大，價格也越高，對于管道內(nèi)流速偏低，工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下，可以選用口徑較小的流量計，這樣不僅可以使流量計運行在較好的工作狀態(tài)下，還可以降低投資成本。另外，需要特別注意的一點是，電磁流量計必須在滿管條件下工作。不滿管或者空管的情況下，流量計都不能正常工作。
2.3 電極材料的選擇
智能電磁流量計的電極材料的選擇首要考慮的因素是被測介質(zhì)的腐蝕性，其次考慮是否會產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。對電磁流量計來說，其電極的耐腐蝕性要求很高，不允許或者只允許極低的腐蝕速率，否則會破壞電極與襯里間的密封性，導(dǎo)致流量計不能正常工作。因此，原則上電極材料的選定，需要借鑒被測介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實際和以往的經(jīng)驗，由熟悉現(xiàn)場條件的用戶來確定。一般情況下，電極材料的耐腐蝕性要比管道材料高一個等級。對一般的介質(zhì)，可以查閱相關(guān)的防腐蝕手冊，對于混酸等成分復(fù)雜的介質(zhì)，應(yīng)做掛片試驗，從而得出比較可靠的結(jié)論。表1 給出了在工程設(shè)計中常用的電極材料性能，供參考。電極的耐腐蝕性是選擇電極材料的重要因素，但有時候電極材料對于被測介質(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)生電極的表面效應(yīng)。電極的表面效應(yīng)分為表面化學(xué)效應(yīng)，電化學(xué)和極化現(xiàn)象，以及電極的觸媒作用三個方面。下電極材料耐腐蝕性能測量液體舉例不銹鋼sus 316l 不能用于無機酸，有機酸，氯化物生活及工業(yè)用水污水哈氏合金c 不適用于氯化物，硫酸，適用于摩擦性流體海水、硫酸鈉鉭幾乎適用于所有的化學(xué)物質(zhì)，但對于氫氟酸、發(fā)煙硝酸尚有問題鹽酸、王水鈦適用于氯化鈉、硫化物、堿液，但不適用于鹽酸、硫酸和硝酸乙酸、氯化鈉鉑－銥合金幾乎適用于所有的化學(xué)物質(zhì)，但不適用于王水和銨鹽氫氧化鈉，濃硫酸碳化鎢能抗固體顆粒干擾，不能用于無機酸、有機酸、氯化物紙漿、污水文舉例若干實例說明如何避免電極表面效應(yīng)。例如：鉭對水是耐腐蝕的，但若使用鉭電極電磁流量計測量水流量，鉭與水接觸會被氧化，產(chǎn)生表面化學(xué)效應(yīng)，形成絕緣層，影響儀表的正常使用。氫氧化鈉等堿液也不能使用鉭電極，在工藝流程中即使是極短時間鉭電極與水或“非酸”液體接觸（如：清洗管系），均會影響流量計的正常使用。鉑電極用于測量低壓過氧化氫（ 壓力低于0.3mpa）時，由于觸媒作用在電極表面產(chǎn)生氣霧，阻斷了電路通路從而影響工作。哈氏合金b 對溫度、濃度不高的鹽酸有耐腐蝕性，應(yīng)用良好，然而當(dāng)硫酸濃度超過某值時會產(chǎn)生噪音?，F(xiàn)場試驗表明，濃度超過15％～ 20％時儀表輸出隨之晃動起來，濃度到25％時輸出晃動高達(dá)20％。硝酸、硫酸等酸液也有相似效應(yīng)。水廠用硫酸鋁液與原水混合以凝聚懸浮體，混合配比常用電磁流量計測量硫酸鋁液，選用耐酸鋼電極即可獲得滿意的結(jié)果。而選用哈氏合金b 電極電磁流量計，在測量15％硫酸鋁液時，輸出也會產(chǎn)生晃動現(xiàn)象。通常情況下，鉑、鉭電極對于各種硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸，大部分均有較好的測量結(jié)果，但其中鉑電極對于濃度大于10％的鹽酸會因為電化學(xué)和極化現(xiàn)象的電極表面效應(yīng)而產(chǎn)生噪音，鉭電極對于濃度大于10％的氫氟酸則不耐腐蝕。所以，在工程設(shè)計中需要綜合考慮材料的耐腐蝕性和避免電極表面效應(yīng)，選擇合適的電極材料。
2.4 傳感器的接地考慮及接地環(huán)的材料的選擇
電磁流量計的傳感器接地非常關(guān)鍵，這不僅有利于保證安全，而且還可以確保電磁流量計的正常操作。由于電磁流量計的感應(yīng)信號電壓很小，容易受到噪音影響。基準(zhǔn)電位應(yīng)保持與被測液體相同。因此，傳感器的基準(zhǔn)電位（端電位），轉(zhuǎn)換器和放大器的基準(zhǔn)電位都與被測液體相同，而被測液體的電位又應(yīng)與地電位相同。所以，通常來講，電磁流量計一般通過傳感器的接地端子與金屬工藝管道相連接，從而達(dá)到與地電位連接的目的。對于塑料管道或者裝有絕緣內(nèi)襯的管道，流體的接地通過設(shè)置接地環(huán)來實現(xiàn)。譬如，對于防護電解腐蝕和部分化學(xué)介質(zhì)的陰極保護管道，通常其內(nèi)壁和外壁之間是絕緣的，因此，被測介質(zhì)沒有接地電位。此時，電磁流量計接地就必須使用接地環(huán)。這種情況下設(shè)置接地環(huán)時需要注意的問題，恰恰是比較容易疏忽的地方，而這又可能導(dǎo)致流量計在日后的使用中出現(xiàn)問題。例如：，某裝置內(nèi)安裝的某臺電磁流量計平時都運行正常，而在某天上午忽然出現(xiàn)輸出信號大幅度波動，經(jīng)檢查儀表本身沒有任何故障。原來是其附近實施管道電焊干擾了儀表的正常運行，工作人員立刻實施了轉(zhuǎn)換器接線盒內(nèi)的保護接地，又因本臺電磁流量計的傳感器是安裝在陰極保護的管道上，除了是傳感器和接地環(huán)通過接地線相連一起接地外，還用了較粗的銅導(dǎo)線繞過傳感器跨接在管道兩連接法蘭上，使陰極保護電位與傳感器之間隔離。隨后儀表就能正常工作了。由此可以看出，對于陰極保護管道上安裝的電磁流量計接地需要設(shè)置接地環(huán)，使傳感器獨立于工藝管道單獨接地。接地環(huán)要安裝在傳感器的兩個端面上，它們必須與連接管道的法蘭絕緣，通過接地線與傳感器、接地環(huán)相連。接地環(huán)的作用是通過與液體接觸，建立液體接地，同時又保護內(nèi)襯。另外，流量計兩側(cè)連接管的法蘭應(yīng)該用截面積為16mm2 的銅制導(dǎo)線繞過傳感器相連。使用陰極保護電位與傳感器之間的隔離。具有陰極防腐蝕的管道，傳感器與兩側(cè)連接管道之間通常是絕緣的。所以，介質(zhì)對地是不導(dǎo)通的，故電磁流量計安裝在陰極防護管道上時，傳感器的接地需要注意以下幾點：（1）對管道法蘭絕緣的接地環(huán)必須同時安裝在流量計的兩端，接地環(huán)、流量計和測量接地之間必須互相連通。（2）管道法蘭之間必須用銅質(zhì)導(dǎo)線互相連接，但必須注意不要接到傳感器上去。故法蘭與傳感器連接的螺栓也必須絕緣。接地環(huán)的材料選擇也是比較重要的。接地環(huán)應(yīng)能耐介質(zhì)腐蝕，其選擇可以與電極材料相同。但接地環(huán)的耐腐蝕要求比電極低，允許有一定的腐蝕性，定期更換即可。而且，因接地環(huán)體積大，從經(jīng)濟上考慮較少采用鉑、鉭等貴重金屬，一般可選擇與管道材料耐腐蝕性相同的材料，例如：耐酸鋼或者哈氏合金等。如果金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。隨文章附上電磁流量計的選型規(guī)格表，見表2，便于工程設(shè)計人員選型參考。在這樣規(guī)格表中，既要考慮滿足工藝條件，又要考慮電磁流量計的特殊要求，同時還能識別一些關(guān)于電磁流量計的專業(yè)英文詞匯。
3 結(jié)束語
綜上所述，電磁流量計作為一種新型的流量測量儀表，有其*的優(yōu)點，在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展迅速，具有強大的生命力。 因此，在工程設(shè)計中，電磁流量計的正確選用是極為重要的，必須引起重視。只有正確合理的使用電磁流量計，才能使其發(fā)揮更大的作用。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：