電磁流量計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用問題

日期：2025-05-09 19:59

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摘要：

概述
　　流量測量方法和儀表的種類繁多，分類方法也很多。至今為止，可供工業(yè)用的流量儀表種類達(dá)60種之多。品種如此之多的原因，就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。
　　這60多種流量儀表，每種產(chǎn)品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。常按測量對象劃分為封閉管道和明渠兩大類，也有按測量目的分為總量表和流量計(jì)。本文著重介紹目前國內(nèi)應(yīng)用*廣的電磁流量計(jì)，闡述電磁流量計(jì)的工作原理、使用特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國內(nèi)外的發(fā)展情況。
電磁流量計(jì)的發(fā)展
　　電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性，可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題，如臟污流、腐蝕流的測量。70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破，使它成為應(yīng)用廣泛的一類流量計(jì)，在流量儀表中其使用量百分?jǐn)?shù)不斷上升。
電磁流量計(jì)優(yōu)、缺點(diǎn)
電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
電磁流量計(jì)測量通道是段光滑直管，因此不會有阻塞現(xiàn)象，適用于測量含固體顆粒的液固二相流體，如紙漿、泥漿、污水等；電磁流量計(jì)不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力損失，節(jié)能效果好；電磁流量計(jì)所測得的體積流量實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響；電磁流量計(jì)的流量范圍大，口徑范圍寬；電磁流量計(jì)可應(yīng)用于腐蝕性流體的測量。
電磁流量計(jì)缺點(diǎn)：
電磁流量計(jì)不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品；電磁流量計(jì)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；電磁流量計(jì)不能用于較高溫度。
電磁流量計(jì)應(yīng)用概況
電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程；中小口徑常用于高要求或難測的場合，如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制，造紙工業(yè)測量紙漿液和黑液，化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液，有色冶金工業(yè)的礦漿；小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場所。電磁流量計(jì)從50年代初進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用以來，使用領(lǐng)域日益擴(kuò)展，80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占16%~20%。我國近年來發(fā)展相當(dāng)迅速，1994年銷售估計(jì)為6500~7500臺。國內(nèi)已生產(chǎn)*大口徑為2~6m的電磁流量計(jì)，并有實(shí)流校驗(yàn)口徑3m的設(shè)備能力。
電磁流量計(jì)應(yīng)用問題
雖然電磁流量計(jì)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也常出現(xiàn)故障。電磁流量計(jì)故障常見的有二大類：**類為儀表本身故障，即儀表結(jié)構(gòu)件或元器件損壞引起的故障；**類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結(jié)垢等。
按故障發(fā)生時(shí)間分為：調(diào)試期故障和運(yùn)行期故障。
① 調(diào)試期故障：調(diào)試期故障出現(xiàn)在新裝用后調(diào)試初期，主要原因是儀表選用或設(shè)定不當(dāng)，安裝不妥等。
② 運(yùn)行期故障：運(yùn)行期故障是在運(yùn)行一段時(shí)期后出現(xiàn)，主要原因有流體中雜質(zhì)附著電極襯里，環(huán)境條件變化出現(xiàn)新干擾源等。
③ 故障外界源頭分析：一是管道系統(tǒng)和安裝等方面引起的；二是使用環(huán)境方面發(fā)生變化引起的；三是流體變化引起的。
調(diào)試期故障
　本類故障在電磁流量計(jì)初裝調(diào)試時(shí)就出現(xiàn)，但一經(jīng)改進(jìn)排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現(xiàn)。常見調(diào)試期故障主要有安裝不妥、環(huán)境干擾、流體特性影響三方面原因。
1、管道系統(tǒng)和安裝等方面
通常是電磁流量傳感器安裝位置不正確引起的故障，常見的如將流量傳感器安裝在易積聚留氣體的管網(wǎng)高點(diǎn)；流量傳感器后無背壓，液體徑直排入大氣，形成其測量管內(nèi)出現(xiàn)非滿管現(xiàn)象；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現(xiàn)排空。
2、環(huán)境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機(jī)磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨(dú)接地保護(hù)可獲得滿意測量，但如遇管道有強(qiáng)雜散電流（如電解車間管道）亦不一定能克服，須采取流量傳感器與管道緣絕的措施?？臻g電磁波干擾一般經(jīng)信號電纜弓入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護(hù)，但也曾遇到屏蔽保護(hù)還不能克服的。
3、流體方面
液體含有均勻分布細(xì)小氣泡通常不影響正常測量，唯所測得體積流量是液體和氣體兩者之和；氣泡增大會使輸出信號波動，若氣泡大到流過電極遮蓋整個(gè)電極表面，使電極信號回路瞬時(shí)斷開，輸出信號將產(chǎn)生更**動。低頻如50/16Hz—50/6Hz矩形波激磁電磁流量計(jì)測量液體中含有固體超過一定含量時(shí)將產(chǎn)生漿液噪聲，輸出信號亦會有一定程度波動。
兩種或兩種以上液體作管道混合工藝時(shí)，若兩種液體電導(dǎo)率（或各自與電極間電位）有差異，在混合未均勻前即進(jìn)入流量傳感器進(jìn)行流量測量，輸出信號亦會產(chǎn)生波動。電極材質(zhì)與被測介質(zhì)選配不善，產(chǎn)生鈍化或氧化等化學(xué)作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學(xué)和極化現(xiàn)象等，均會妨礙正常測量。
運(yùn)行期故障
經(jīng)初期調(diào)試并正常運(yùn)行一段時(shí)期后在運(yùn)行期間出現(xiàn)的故障，常見故障原因有：流量傳感器內(nèi)壁附著層，雷電擊，測量環(huán)境條件變化。
　 1、內(nèi)壁附著層
　由于電磁流量計(jì)測量含有懸浮固相或污臟體的機(jī)會遠(yuǎn)比其他流量儀表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近，儀表還能正常輸出信號，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會使儀表無法工作。
　 2、雷電擊
　雷電擊在線路中感應(yīng)瞬時(shí)高電壓和浪涌電流，進(jìn)入儀表就會損壞儀表。雷電擊損壞儀表有3個(gè)途徑：電源線，傳感器與轉(zhuǎn)換器間的流量信號線和激磁線。但從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應(yīng)高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。從發(fā)生雷擊事故現(xiàn)場了解到，不僅電磁流量計(jì)出現(xiàn)故障，控制室中其他儀表電也常常同時(shí)出現(xiàn)雷擊事故。因此使用單位要認(rèn)識設(shè)置控制室儀表電源線防雷設(shè)施的重要性。
　 3、環(huán)境條件變化
主要原因同上述調(diào)試期故障環(huán)境方面，只是干擾源不在調(diào)試期出現(xiàn)而在運(yùn)行期間再介入的。例如一臺接地保護(hù)并不理想的電磁流量計(jì)，調(diào)試期因無外界干擾源，儀表運(yùn)行正常，然而在運(yùn)行期出現(xiàn)新的干擾源（例如：測量點(diǎn)附近管道或較遠(yuǎn)處實(shí)施管道電焊，車輛過往頻繁振動加大，管道旁新增高壓電網(wǎng)等等），干擾了儀表正常運(yùn)行，出現(xiàn)輸出信號大幅度波動。
基于電磁流量計(jì)是導(dǎo)電性流體在磁場中運(yùn)動所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢來推算流體流量的測量儀表，其基本工作原理是電磁感應(yīng)定律。因此，電磁耦合靜電感應(yīng)是電磁流量計(jì)干擾噪聲的首要來源；被測流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾燥聲的**來源；電磁流量計(jì)供電電源的電壓和頻率波動等電源干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾噪聲的第三來源。
（1）、工頻干擾噪聲
工頻干擾噪聲是由電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合，另外電磁流量計(jì)工作現(xiàn)場的工頻共模干擾，其三供電電源引入的工頻串模干擾等，其產(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。因此，工頻干擾噪聲會嚴(yán)重影響電磁流量計(jì)的測量精度。
（2）、流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲
電化學(xué)極化電勢干擾是由于電極感生電動勢在兩極極性不同而導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面極化的產(chǎn)生，雖然采用正負(fù)交變勵(lì)磁磁場能顯著減弱極化電勢的數(shù)量級，但不能根本上完全消除極化電勢干擾。例如，泥漿干擾，就是在測量泥漿、纖維漿等液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)，固體顆?；蛘邭馀莶吝^電極表面，電極表面的接觸電化學(xué)電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲。又如，流體流動噪聲，是在測量低導(dǎo)率液體（100vs/cm以下）流體流量時(shí)，電極的電化學(xué)電勢定期波動，產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲。
（3）、供電電源性干擾
電磁流量計(jì)一般都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的變化都會給電磁流量計(jì)帶來電源性干擾噪聲。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩(wěn)壓，一般而言電源電壓的幅值變化對電磁流量的測量精度影響不大。但當(dāng)電源電壓的頻率波動時(shí)，雖然其波動范圍有限，但對電磁流量計(jì)測量精度影響較大。
電磁流量計(jì)的故障現(xiàn)象和檢查流程
電磁流量計(jì)常見故障現(xiàn)象有：無流量信號/輸出晃動/零點(diǎn)不穩(wěn)/流量測量值與實(shí)際值不符/輸山信號超滿度值等。通常檢查整個(gè)測量系統(tǒng)和判斷故障的程序，包括電磁流量計(jì)本身的傳感器和轉(zhuǎn)換器以及連接兩者的電纜，電磁流量計(jì)上位的工藝管道，下（后）位顯示儀表連接電纜。
經(jīng)常采用的檢查手段或方法及其檢查內(nèi)容列舉如下：
1、通用常規(guī)儀器檢查
電阻法：保險(xiǎn)絲的通斷/信號電纜、激磁電纜的通斷/激磁線圈的通斷/電極對稱性測量/電極對地的絕緣電阻/激磁線圈對地的絕緣電阻。
電流法：測量激磁電流/測量輸出電流。
電壓法：判別工作電源(包括供電和轉(zhuǎn)換器本身電源)是否正確。
波形法：在熟悉線路基礎(chǔ)上測量關(guān)鍵點(diǎn)波形，判別故障所在。
2、其它檢查方法：
替代法：利用轉(zhuǎn)換器和傳感器間以及轉(zhuǎn)換器內(nèi)部線路板部件間的互換性，以替代法判別故障所在位置。
信號蹤跡法：用模擬信號器替代傳感器，在液體未流動條件下提供流量信號，以測試電磁流量轉(zhuǎn)換器。
3、檢查步驟：
檢查首先應(yīng)從顯示儀表工作是否正常開始，逆流量信號傳送的方向進(jìn)行。用模擬信號器測試轉(zhuǎn)換器，以判斷故障發(fā)生在轉(zhuǎn)換器及其后位儀表還是在轉(zhuǎn)換器的上位傳感器發(fā)生的。若是轉(zhuǎn)換器故障，如有條件可方便地借用轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器內(nèi)線路板作替代法調(diào)試；若是傳感器故障需要試調(diào)換時(shí)，因必須停止運(yùn)行，關(guān)閉管道系統(tǒng)，因涉及面廣，常不易辦到。特別是大口徑流量傳感器，試換工程量大，通常只有在作完其他各項(xiàng)檢查，*后才下決心，卸下管道檢查傳感器測量管內(nèi)部狀況或調(diào)換。
電磁流量計(jì)維護(hù)及校驗(yàn)
由于電磁流量計(jì)目前在冶金、石油、化工、造紙等工業(yè)部門得到廣泛應(yīng)用，因此提高電磁流量計(jì)的測量精度和使用穩(wěn)定性就變得尤為重要，而對電磁流量計(jì)的維護(hù)和校驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。
因此在使用電磁流量計(jì)時(shí)應(yīng)該解決如下問題：
在電磁流量計(jì)的安裝時(shí)應(yīng)保證有足夠的直管段，而且管道出口應(yīng)上彎成倒U型，確保測量管道液體不留氣泡。被測量的管道液體應(yīng)達(dá)到特定流速，如流量過大或輸送距離較遠(yuǎn)且管徑較大，當(dāng)流速小于0.5m/s，甚至只有0.2m/s時(shí)，就會產(chǎn)生較大的測量誤差。
對電磁流量計(jì)內(nèi)管必須定期做好清洗工作，特別是測量腐蝕性或容易積垢的液體時(shí)，更應(yīng)做好清洗工作。一旦管道內(nèi)部和電極被腐蝕或積垢，則*大的測量誤差可達(dá)40％以上。同時(shí)，電磁流量計(jì)在供液時(shí)才送電，因?yàn)樵S多電磁流量計(jì)在空管道時(shí)仍有信號輸出，這樣測定的累積量就會發(fā)生很大偏差。
定期對在線管道上的電磁流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，及時(shí)修正電磁流量計(jì)的測量參數(shù)尤為重要。同時(shí)，對振動嚴(yán)重的管道應(yīng)及時(shí)加固，減少振動產(chǎn)生的測量誤差。在清洗電磁流量計(jì)內(nèi)管道或插入式文丘利探頭時(shí)，應(yīng)使用柔軟的材料，以免損壞儀表。
保證儀表供電電壓的穩(wěn)定，能有效延長電磁流量計(jì)的使用壽命。因?yàn)樗查g的高電壓沖擊往往使在線的電磁流量計(jì)燒壞，即使沒有達(dá)到燒壞的程度，但測量誤差將會很大。一般在線電磁流量計(jì)無法送外檢測，因此，各單位為保持流量測量的正確性，應(yīng)配備高精度的便攜式超聲波流量計(jì)，作為日常對在線儀表的定期校準(zhǔn)，超聲波流量計(jì)應(yīng)每年送檢一次。
在這一方面，南寧市瑯東污水處理廠的經(jīng)驗(yàn)值得假借。南寧市瑯東污水處理廠自2000年2月正式運(yùn)行以來，在兩年多的運(yùn)行管理中，總結(jié)了保證自動化檢測儀表正常運(yùn)行的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，具體如下：
1、定期保持檢測儀表傳感器的清潔。因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)在污水環(huán)境中工作，容易產(chǎn)生積垢現(xiàn)象，影響儀表的正常測量，因此公司規(guī)定對插入式電磁流量計(jì)文丘利探頭每7天清洗1次，清洗時(shí)要求使用柔軟的材料，以免損壞儀表。
2、定期對在線儀表進(jìn)行校正。電磁流量計(jì)在長期運(yùn)行過程中難免會產(chǎn)生測量誤差，這就需要定期校正，以保證儀表測量的準(zhǔn)確性，因此公司規(guī)定了每兩月定期校正1次。
3、保證儀表供電電壓的穩(wěn)定性，延長電磁流量計(jì)的使用壽命。因?yàn)樗查g的高電壓沖擊往往使儀表很容易燒壞。南寧市瑯東污水處理廠運(yùn)行過程中，就發(fā)生了多次因供電電壓不穩(wěn)定，而使電磁流量計(jì)損壞，從而影響了自控系統(tǒng)的正常工作的情況。

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