電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)和誤差調(diào)整
發(fā)布者：米科電磁流量計(jì) 發(fā)布時(shí)間：2018-10-14
電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)和誤差調(diào)整
一、引言
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電磁流量計(jì)的技術(shù)也在一天比一天進(jìn)步,它應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越多,比較的廣泛.特別是其對(duì)液體有比較強(qiáng)的適應(yīng)性,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,它的應(yīng)用范圍尤其廣,它幾乎是測(cè)量液體流量的首選儀表,如測(cè)煤漿用的煤漿電磁流量計(jì).
二、流量測(cè)量的意義
流量測(cè)量是一門迅速發(fā)展的技術(shù),為了滿足各行各業(yè)、各種工況的各種流體的流量測(cè)量需要,儀表研究機(jī)構(gòu)研究開(kāi)發(fā)了各種原理的流量計(jì),制造廠每年都有新型流量計(jì)供應(yīng)市場(chǎng).過(guò)去難以解決的流量測(cè)量問(wèn)題,如今有的獲得了解決.尤其是近30年以來(lái),微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)進(jìn)入流量測(cè)量?jī)x表,使流量?jī)x表出現(xiàn)一次飛躍,儀表的功能更加豐富,可靠性得到顯著提高,測(cè)量精確度獲得大幅度的提升,于是0.1級(jí)科氏力質(zhì)量流量計(jì)、精確度優(yōu)于±0.3%R的電磁流量計(jì)等相繼問(wèn)世.據(jù)統(tǒng)計(jì),目前市場(chǎng)上能買到的流量計(jì)種類已達(dá)百種以上,各種不同類型的流量計(jì)相互競(jìng)爭(zhēng),并以各自特有的優(yōu)勢(shì)占據(jù)著一定的市場(chǎng)份額.直至今日,凡是被人們應(yīng)用的類型,都是因?yàn)樗鼈冊(cè)谀承┓矫嬗邢鄬?duì)優(yōu)勢(shì),而在競(jìng)爭(zhēng)中取勝的后起之秀也并非十全十美,不能期望用一種流量計(jì)覆蓋所有的應(yīng)用領(lǐng)域.
三、關(guān)于電磁流量計(jì)特點(diǎn)、工作原理和量程范圍
(一)電磁流量計(jì)
能源計(jì)量用流量計(jì)往往跟企業(yè)的效益有直接的聯(lián)系,是進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算的依據(jù),進(jìn)行能源的科學(xué)管理、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段.電磁流量計(jì)圖1(Electromagnetic Flowmeter)是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表,采用單片機(jī)嵌入式技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)字勵(lì)磁,同時(shí)在電磁流量計(jì)上采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線.它是由直接接觸管道介質(zhì)的傳感器和上端信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成,是基于法拉第電磁感應(yīng)定律工作的,用來(lái)測(cè)量電導(dǎo)率大于5μs/cm的導(dǎo)電液體的流量,同時(shí)也是一種測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)流量的儀表.除了可以測(cè)量一般導(dǎo)電液體的流量外,還可以用于測(cè)量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕性液體和均勻含有液固兩相懸浮的液體,如泥漿、礦漿、紙漿等.
(二)電磁流量計(jì)的分類
電磁流量計(jì)的種類:一體式、插入式、分體式.
效驗(yàn)方法:管道標(biāo)定.
工作原理:是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理,再與測(cè)量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對(duì)檢測(cè)電極,當(dāng)導(dǎo)電液體沿測(cè)量管軸線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì).主要有在線和離線校驗(yàn)兩種.
在線校驗(yàn):采用外夾式超聲波流量計(jì)對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量的管道進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn),驗(yàn)證電磁流量計(jì)是否偏差過(guò)大.這種方法精度偏低,只能定性的判定結(jié)果.
離線檢驗(yàn):就是在標(biāo)定裝置上進(jìn)行檢驗(yàn),一般介質(zhì)為水.標(biāo)定裝置有容積式標(biāo)準(zhǔn)裝置、稱重式標(biāo)準(zhǔn)裝置兩大類.通過(guò)標(biāo)定就可以準(zhǔn)確地得出被測(cè)的電磁流量計(jì)精度了.
按流量傳感器與管道連接方式分類,有螺紋連接(油任連接的高壓電磁流量計(jì))、夾持型(電磁流量計(jì))、法蘭型、衛(wèi)生型(電磁流量計(jì))、插入型(電磁流量計(jì)).按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類,有分體型和一體型.
按流量傳感器電極是否與被測(cè)液體接觸分類,有接觸型和非接觸型.
按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類,有短管型和插入型(電磁流量計(jì)).
按用途分類,有防侵水型、防爆型、衛(wèi)生型、通用型和用于明渠流量測(cè)
量的潛水型(明渠流量計(jì)).
電磁流量計(jì)按激磁電流方式分為直流激磁,交流激磁,低頻矩形波激磁,雙頻激磁.
電磁流量計(jì)按輸出信號(hào)連接和激磁(或電源)連線制式分為四線制,二線制.
電磁流量計(jì)是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又和流量大小成正比,通過(guò)測(cè)電動(dòng)勢(shì)來(lái)反映管道流量的原理而制成的.其測(cè)量精度和靈敏度都較高.工業(yè)上多用以測(cè)量水、礦漿等介質(zhì)的流量.可測(cè)最大管徑達(dá)2m,而且壓損極小.但導(dǎo)電率低的介質(zhì),如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用.
電磁流量計(jì)造價(jià)較高,且信號(hào)易受外磁場(chǎng)干擾,影響了在工業(yè)管流測(cè)量中的廣泛應(yīng)用.為此,產(chǎn)品在不斷改進(jìn)更新,向微機(jī)化發(fā)展.
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,流動(dòng)工質(zhì)的溫度、壓力等運(yùn)行參數(shù)不斷提高,在高溫高壓的情況下,由于材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等方面的原因,直接式質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用遇到困難,而間接式質(zhì)量流量計(jì)由于密度計(jì)受濕度和壓力適用范圍的限制,往往也不好實(shí)際應(yīng)用.因此,在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的是溫度壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì).可把它看作一種間接式質(zhì)量流量計(jì),不是配用密度計(jì),而是利用溫度、壓力與密度間的關(guān)系,用溫度、壓力信號(hào)經(jīng)函數(shù)運(yùn)算為密度信號(hào),與容積流量相乘而得到質(zhì)量流量.目前溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)雖已實(shí)用化,但當(dāng)被測(cè)介質(zhì)參數(shù)變化范圍很大或很迅速時(shí),正確地補(bǔ)償將很困難或不可能,因此進(jìn)一步研究在實(shí)際生產(chǎn)中適用的質(zhì)量流量計(jì)和密度計(jì)還是一個(gè)課題.
(三)電磁流量計(jì)的工作原理
電磁流量計(jì)測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律.流量計(jì)的流量管內(nèi)壁襯上了絕緣材料,是一種非導(dǎo)磁合金短管.兩只電極沿著管徑方向穿通管壁從而固定在測(cè)量管上.它的電極頭與襯里內(nèi)表面基本上是齊平的.歷次線圈由雙向方波脈沖勵(lì)磁時(shí),將在與測(cè)量管軸線垂直的方向上產(chǎn)生一磁通量密度為B的工作磁場(chǎng).這個(gè)時(shí)候,如果具有一定電導(dǎo)率的流體經(jīng)過(guò)測(cè)量管時(shí),將會(huì)切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)E.電動(dòng)勢(shì)E與磁通量彌補(bǔ)B成正比關(guān)系,測(cè)量管內(nèi)徑d與平均流速v的乘積.電動(dòng)勢(shì)E(流量信號(hào))由電極檢測(cè)出并通過(guò)電纜送至轉(zhuǎn)換器.轉(zhuǎn)換器將接收到的流量信號(hào)放大進(jìn)行處理后,即可顯示流體流量,同時(shí)能輸出脈沖,模擬電流信號(hào),用于流量的調(diào)節(jié)和控制.
E=KBdv,式中:E-電極間的信號(hào)電壓(v);B-磁通密度(T);d-測(cè)量管內(nèi)徑(m);V-平均流速(m/s).K,d為常數(shù),由于勵(lì)磁電流是保持恒流的,故B也是常數(shù),則由E=KBdv可知,體積流量Q與信號(hào)電壓E成正比,即流速感應(yīng)的信號(hào)電壓E與體積Q成線性關(guān)系.因此只要測(cè)量出E就可以確定流量Q,這就是電磁流量計(jì)的基本工作原理.
該電磁流量計(jì)的工作原理可以如下圖2所示:
(四)電磁流量計(jì)的量程范圍
一般工業(yè)用電磁流量計(jì)被測(cè)介質(zhì)流速以2-4m/s為宜,在特殊情況下,最低流速應(yīng)不小于0.2m/s,最高應(yīng)不大于8m/s.若介質(zhì)中含有固體顆粒,為防止襯里和電極的過(guò)分磨擦,常用流速應(yīng)小于3m/s,對(duì)于電磁流量計(jì)粘滯流體,流速可選擇大于2m/s,較大的流速有助于自動(dòng)消除電極上附著的粘滯物的作用,有利于提高測(cè)量精度.
四、電磁流量計(jì)流量時(shí)易產(chǎn)生誤差的原因及解決辦法
1.準(zhǔn)確度等級(jí).流量計(jì)在規(guī)定的流量范圍內(nèi)準(zhǔn)確度等級(jí)、最大允許誤差應(yīng)符合表1的規(guī)定.流量計(jì)誤差表示使用相對(duì)示值誤差.
2.引用誤差.對(duì)于用于瞬時(shí)流量指示的流量計(jì)誤差表示也可使用引用誤差,其最大允許誤差系列應(yīng)符合表1規(guī)定,其檢定結(jié)果的標(biāo)書(shū)中不再給出準(zhǔn)確等級(jí),而使用其最大允許誤差表示,且還應(yīng)在最大允許誤差后標(biāo)注FS,如±0.5%FS.
3.誤差表示方法和選取原則.在一臺(tái)流量計(jì)的一次檢定中,應(yīng)按照準(zhǔn)確度等級(jí)和引用誤差之中的一種給出流量計(jì)誤差表示方法;對(duì)于使用相對(duì)示值誤差和引用誤差組合表示誤差的流量計(jì),一次檢定中也應(yīng)統(tǒng)一使用一種方法表示其誤差.
4.重復(fù)性.流量計(jì)的重復(fù)性不得超過(guò)相應(yīng)準(zhǔn)確度等級(jí)規(guī)定的最大允許誤差絕對(duì)值的1/3.電磁測(cè)量計(jì)的局限性在于其傳感器輸出的訊號(hào)比較微弱,只有幾微伏到幾毫伏的電壓,這就說(shuō)明了在安裝電磁流量計(jì)時(shí)要具備很高的技術(shù),同時(shí)被測(cè)介質(zhì)與周圍環(huán)境對(duì)電磁流量計(jì)的測(cè)量精度也有很大的影響.
不同的介質(zhì)對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量會(huì)有誤差,對(duì)現(xiàn)實(shí)工況條件下流量的修定方法,當(dāng)前瞬時(shí)流量為Q1,K系數(shù)為K1時(shí),要調(diào)整當(dāng)前流量,可以通過(guò)修改當(dāng)前K系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),當(dāng)實(shí)際想要的流量為Q2時(shí),就需要修改當(dāng)前K系數(shù)K1的值.
假定新的K系數(shù)值為K2,K2就等于實(shí)際想要的流量Q2除以瞬時(shí)流量為Q1,乘以當(dāng)前的k系數(shù)K1.
即:K2=(Q2/Q1)*K1
例:表上顯示當(dāng)前瞬時(shí)流量為Q1=3.1821,表內(nèi)K系數(shù)K1=0.831(各個(gè)表不同,實(shí)際想要的流量Q2=3.8258,則可以通過(guò)修
改K1來(lái)得到實(shí)際想要的流量即:K2=(Q2/Q1)*K1=(3.8258/3.1821)×0.831=0.999,將得到的K2,重新輸入表中,替代原來(lái)的K1,將得到新的瞬時(shí)流量Q2.