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(cè)量的儀表。電磁流量計(jì)只有管道村里和測(cè)量電極與被測(cè)介質(zhì)接觸,只要選擇合適的村里和電極材料,幾乎可以測(cè)量一切導(dǎo)電流體的流量,由于傳感器內(nèi)沒(méi)有任何活動(dòng)部件和阻流部件,尤其適合測(cè)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(cè)量。本文僅對(duì)電磁流量計(jì)的測(cè)量原理和勵(lì)磁頻率對(duì)測(cè)量的影響進(jìn)行分析、探討,并結(jié)合實(shí)例述選擇合適測(cè)量頻率的重要性。
1、電磁流量計(jì)的組成和測(cè)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(lái)將介質(zhì)的流量變換成感應(yīng)電壓信號(hào)。電磁流量轉(zhuǎn)換器向傳感器提供產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流,接受感應(yīng)電壓信號(hào),將流量信號(hào)放大,處理井轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)(電流,電壓、頻率)以及數(shù)字信號(hào),液晶顯示瞬時(shí)流量和累積流量
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(chǎng)中做切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì),感生電動(dòng)勢(shì)的大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比,與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比,與導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度成正比。
E=klub (1)
式中:E:感生電動(dòng)勢(shì)k:比例系數(shù)l:導(dǎo)體的長(zhǎng)度;u:導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度,B:磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
1.電磁流量轉(zhuǎn)換器2.感應(yīng)信號(hào)傳輸線(xiàn)3.勵(lì)磁信號(hào)傳輸線(xiàn)4.傳感器村里5.平衡電極6.勵(lì)磁線(xiàn)圈7.信號(hào)電極8.傳感器測(cè)量管9.安裝法蘭對(duì)于圓形測(cè)量管,流過(guò)的體積流量為:
qv=π/4D2u (2)
根據(jù)式(1)和(2),則流過(guò)圓形測(cè)量管的體積流量為:
qv=π/4D2?/klB (3)
當(dāng)測(cè)量管幾何形狀一定、磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)成正比。
3、勵(lì)磁方式分析
電磁流量計(jì)的勵(lì)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(lì)磁方式大致可分為:直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁、低頻矩形波勵(lì)磁等。
3.1直流勵(lì)磁
直流勵(lì)磁,即由水磁鐵或恒定直流電流勵(lì)磁產(chǎn)生的磁場(chǎng)這種磁場(chǎng)產(chǎn)生的流量信號(hào)是直流電壓信號(hào),幾乎沒(méi)有電磁感應(yīng)的干擾產(chǎn)生,直流信號(hào)電壓容易使流過(guò)測(cè)量管的導(dǎo)電介質(zhì)極化,在測(cè)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(lì)磁通常是指使用50H或)60Hz)正弦波的工頻市電勵(lì)磁的傳感器這種勵(lì)磁方式能降低電解質(zhì)液體對(duì)電極的極化作用,因而大大地降低了漂移直流干擾對(duì)測(cè)量的影響。交流勵(lì)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(cè)量線(xiàn)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(lì)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(lì)磁頻率的傳感器。勵(lì)磁頻率通常為工頻的1/8-1/32。
低頻矩形波勵(lì)磁具有能夠克服直流勵(lì)磁存在極化電壓大的優(yōu)點(diǎn),又有避免交流勵(lì)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(lì)磁和交流勵(lì)磁兩者優(yōu)點(diǎn)的一種勵(lì)磁方式但當(dāng)用低頻矩形波勵(lì)磁流量計(jì)測(cè)量漿液流體時(shí),會(huì)產(chǎn)生“漿液噪聲”或“尖狀干擾”。這種干擾會(huì)使測(cè)量信號(hào)輸出有較大的波動(dòng),嚴(yán)重影響測(cè)量。
當(dāng)流體中的固體顆�；蚶w維磨擦電極會(huì)形成一種波形呈尖狀的干抗,習(xí)慣稱(chēng)作“尖狀干擾”,圖3-1可以說(shuō)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(kāi)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(guò)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(guò)程中,電極對(duì)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(cè)量輸出的大幅度波動(dòng)(擺動(dòng))。
以上分析說(shuō)明,固液兩相流測(cè)量時(shí)對(duì)“漿液噪聲”問(wèn)題,需要從勵(lì)磁頻率的選擇上去解決針對(duì)低頻矩形波勵(lì)磁電磁流量計(jì)的這一缺點(diǎn),電磁流量計(jì)利用現(xiàn)代先進(jìn)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(guò)程序設(shè)計(jì)了鍵盤(pán)控制的三種不同的勵(lì)磁頻率,勵(lì)磁頻率分別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(lì)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)口徑為DN80電磁流量計(jì),測(cè)量介質(zhì)為石灰漿,量程100m3/h,出廠使用的勵(lì)磁頻率為6.25HZ。
(當(dāng)時(shí)勵(lì)磁頻率還不可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置),安裝后用水調(diào)試時(shí),僅表運(yùn)行正常,當(dāng)測(cè)量工藝介質(zhì)石灰漿時(shí),儀表輸出跳動(dòng)非常嚴(yán)重,從80m3h到120m3/h,儀表無(wú)法使用。
在現(xiàn)場(chǎng)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(guò)研究認(rèn)為儀表輸出波動(dòng)應(yīng)為兩相介質(zhì)中的固態(tài)顆粒引起,為了解決這一問(wèn)題,對(duì)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(lì)磁頻率的鍵盤(pán)控制,現(xiàn)場(chǎng)采用25Hz的勵(lì)磁頻率,對(duì)儀表重新標(biāo)定后,儀表運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定,問(wèn)題得到了解決。
(2)口徑從DN25-DN200電磁流量計(jì),其中DN200用于測(cè)量有較多固體物質(zhì)的水煤灰漿液,在測(cè)量時(shí)同樣出現(xiàn)輸出波動(dòng)現(xiàn)象,出庫(kù)時(shí)設(shè)置的勵(lì)磁頻率默認(rèn)值為6.25Hz,用戶(hù)通過(guò)電話(huà)反映了具體現(xiàn)象后,建議用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)鍵盤(pán)將勵(lì)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(guò)以上對(duì)電磁流量計(jì)勵(lì)磁頻率的分析和實(shí)例分析可以看出,電磁流量計(jì)的勵(lì)磁頻率對(duì)液固兩相介質(zhì)的測(cè)量具有非常嚴(yán)重的影響,只有選擇合適的勵(lì)磁方式和勵(lì)磁頻率,儀表才能得到滿(mǎn)意的測(cè)量結(jié)果,現(xiàn)在出現(xiàn)了所謂的三值勵(lì)磁技術(shù)和雙頻勵(lì)磁技術(shù),但每種勵(lì)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(huì)有更完善、先進(jìn)的勵(lì)磁方式出現(xiàn)。
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