用电磁流量计测量浆状流体的流量

   2023-09-13 互联网2200
核心提示:  电磁流量计最适合于测量导电浆状流体之流量。其最大特点是流量测量不受流体状态、密度、粘度、压力、温度及含固量等参数变化

  电磁流量计最适合于测量导电浆状流体之流量。其最大特点是流量测量不受流体状态、密度、粘度、压力、温度及含固量等参数变化的影响;其测量部分无活动部件,工作可靠、精度高、压力损失小,反应灵敏等,因此被广泛地采用。

  电磁流量计变送器是根据法拉第电磁感应定律工作的,如图1所示。当具有一定导电率的液体,在磁场中与磁力线成垂直方向运动时,导电液体切割了磁力线,从而产生了电动势。该电动势的大小与磁场密度B、电极间距离D(即测量管直径)及流体流速V成正比。因此,我们用安装在测量管轴线与磁力线相互垂直的管壁上的一对电极,就可把这个感应电势检测出来。设此感应电势为E,则:

  对已设计好的变送器,D和B为固定值,所以K为常数。由此可见,感应电势E与体积流量Q成正比,且是线性的。

  电磁流量计虽然是使用可靠、维护方便、寿命长的一种有用的流量检测仪表。但是,选型和使用不当,不仅不能给出正确的读数,而且会带来许多麻烦。因此,设计选型和使用时要注意以下几点。

  1.电极材料的选用

  电极是与被测介质接触业检测出流量信号的装置,同时也起密封作用。选用电极材料时主要考虑耐腐蚀和耐磨损性能。对一般有机酸或弱碱,可选用316L不锈钢作电极,对各种有机酸、无机酸及碱类介质,可选用哈氏合金B或C,对硫酸、硝酸、氟酸、盐酸、磷酸及碱类,最好选用错、铂电极。

  2.衬里材料的选用

  衬里的作用是防止两个电极被金属导管短路。由于它直接与被测介质接触,所以,其耐腐蚀性、耐磨损性和耐温性等都是选用时须考虑的主要因素。目前,国内外生产的电磁流量计变送器,其衬里材料主要是橡胶(天然的或合成的)和聚四氟乙烯(PTFE)等。

  橡胶,特别是合成橡胶能耐一般的腐蚀,又有较好的耐磨性。如聚氨基甲酸乙酿像胶有极好的耐磨性,适用于温度不高(低于50℃)的矿浆、泥浆和砂浆等磨损严重的场合。.

  磨损将使测量管内径增大,这就会产生测量误差,其大小可由下式表示。设磨损前测量管直径为D,电极上感应电势为:

  可见,为使仪表长期精确地测量,就必项减少磨损,磨损是由磨擦和冲击引起的,它们均与流速有关。因此,为减少磨损可降低流过测量管被测流体的流速(选择比原选管直径大些),但流速太低,又会产生沉淀和堆积,这又引起误差,一般流速的大致标准是低于3m/s。为减少磨损采用垂直管道安装业选用耐磨材料作衬里,是比较好的措施。

  聚四氟乙烯具有很好的耐腐蚀性、耐热性和电特性,还具有低的磨擦特性及抗粘附性等,它是理想的衬里材料,被广泛地采用。但是,由于这种材料机械抗断强度和耐磨性差,业且容易产生塑性变形,使用中也要特别注意。

  大多数制造厂是把套筒状的衬里粘结在测量管内。由于衬里材料与测量管材料受热膨胀系数不同,再加聚四氟乙烯粘结性差,粘结强度低,在会发生热循环的管道上,容易在衬里端面和电极部分产生剥离、偏移或流体的渗漏等现象。因此,使用中必须注意,不能使测量管形成热循环。日本山武一霍尼韦尔公司针对这个间题,改进衬里安装方法及结构。他们利用与PTFE相似的PFA(聚四氟乙烯一全氟烃基乙烯醚聚合树脂)或FEP(四氟

乙烯一六氟化丙烯聚合树脂)作衬里,利用其热塑性的特点,将PFA(或FEP)熔化浇铸在测量管内成形,其厚度为3mm,是通常衬里的两倍。因为测量管内及端部均开有燕尾槽,浇铸好的衬里不会发生滑动和剥离现象。电极部分,衬里浇到测量管外,然后钻孔,使电极从外部插入。这种结构的衬里,即使用蒸汽吹扫清洗测量管道发生热循环时,衬里也不会脱落。用PFA作衬里时,可长期测量160℃流体的流量。

  我国开封仪表厂从英国肯特(kent)公司引进的VTB、VKB系列电磁流量计,当环境温度为40℃时,可长期测量190℃流体的流量。

  3.零点漂移

  虽然电磁流量计最适合于测量含有固相和粘附物流体的流量,但是这些固体和粘着物又是引起仪表零点漂移的主要因素,因此使用中必须对电极及测量管的脏污引起足够重视。粘着物对零点漂移的影响可从下面几方面来分析。

  (1)电极上粘附了脏物,特别是绝缘物后,将引起电极和接地电阻的变化,这时其等效电路可用图2表示。

  所引起的零漂电压为:

  (2)正常运行中,两个电极的脏污往往是不对称的,再加电阻和电容组成的分布阻抗的存在,使涡流相位变化,结果产生与流量信号同相的成分,引起零点漂移,其大小可用下式表示:

  以上两零漂电压值是迭加的。可见对交流激磁的电磁流量计变送器,要减少或消除零点漂移,就必须减少粘着物对电极的脏污。

  为减少零点漂移,一般均在测量管内装上自动清洗装置,使电极表面始终保持清拮。法国KROHNE和美国FOXBORO公司生产的电磁流量计均可带有自动清洗装置。其方法主要是超声波连续清洗和电气上间断清洗。所谓电气上间断清洗,就是由一个自动开关控制,周期地切断变送器输出,同时施加电压(如12OVAC)到电极上,这时电极上的沉积物就被除去。

  日本山武一霍尼韦尔公司针对交流激磁零漂大的间题,研制一种恒流方波激磁的电磁流量计。该方波频率为电源频率的l/2或1/4,因此不受50(或60)Hz共模电压的影响。另外,采样信号是从涡流信号外侧取出,所以不受涡流的影响。又因转换器为高输入阻抗的差动放大器,故混进信号波形中的电源噪声可完全消除。据该公司称,他们将含沥青成分较多的纸浆液,同时流经交流激磁和方波激磁的电磁流量计变送器,运行挂40小时后,交流激磁方式的零点漂移达10%以上,而方波激磁几乎没有出现漂移现象。

  可见这种电磁流量计其零点稳定性很高,现场调好后无需再作调整。

  开封仪表厂引进的肯特(Kent)公司的电磁流量计,其激磁方式有两种,即交流正弦波激磁(KVA型)和双极性脉冲方波激磁。此外,在激磁回路中还装有一个小的补偿线圈。该线圈产生的电压补偿了由各种原因引起的磁通变化对流量信号的影响,因此该产品也有长期零点稳定性和较高的测量精度。

  枯着物对精度的影响流体中的粘着物粘附在测量管上,使管内径变小,此时产生的测量误差为:

由上式可见,当时,无论粘附物厚度如何,均不影响测量精度。实际使用中,粘附物导电率不等于被侧介质导电率。所以随着电极及测量管的脏污,测量精度降低,故使用中必须保持电极面和测量管千净。

  4.接地

  为保证测量精度,电磁流量计变送器必须很好地接地。因为在感应式仪表中,被测流体是作为导线用的。良好的接地可使影响感应电势(变送器的输出信号)的附加电势减至最小。因此,要求接地电阻小于10Ω,业单独接地。因为若与其他仪表或电气装置共同接地,接地线中的漏电流对测量信号产生干扰,严重时仪表无法工作。

  5.直管段长度

  为保证精确测量,电磁流量计变送器上游侧必须保证一定的直管段长度。一般情况下,不应小于SD,若变送器前有各种阀门时,其直管段不应小于10D。至于变送器下游侧直管段长度,一般没有要求。

  6.变送器常数

  在被测流体的流速为lm/s时,不同尺寸的变送器,其感应电压或流量信号是一个不同的常数。这种每1m/s流速产生规定流量信号电压所需的激磁电流,称为“变送器常数”。当信号电流达到规定值(常数)时抽取信号,可消除电磁感应噪声的影响。有的产品(如日本山武-霍尼韦尔的)把这个常数标在铭牌上,在投运变送器以前,必须首先检查和调整其常数值。

  7.其他

  安装时必须使被测流体始终充满测量管道。为此,建议把变送器安装在垂直管道上,且流体流向为由下向上。

  变送器与转换器之间的距离应该尽可能短。被测介质导电率越小,其距离应越短。变送器与转换器之间的电缆,除山武-霍尼韦尔magnew型不需专用电缆外,其他各厂家的产品,均需用专用电缆犷业且必须是屏蔽电缆。

  参考文献

  1.Yamatake-HoneywelluMagnewEeleetromagnetieFlowmeter”,(TraiNIngmanual).

  2.Yamatake-Honeywell,“Effeetofeleetrodeeontam natioouPo。zero一Pointstabilityofeleetro-magnetieflowmeter”,(Instrumen-tationData)

  3.Yamatake-Honeywell,“Eleetro-magnetieflowmoterformeasure-mentofhightemperature、fluids”,(InstruentationData)

  4.KROHNE,AltofluxMl-Instru-ments

  5.Foxboro,2500seriesmagnetieflowtransmitters,(TeehnieaLInfor-mation)

  作者:南京化学工业公司设计院王采.忠


 
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