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电磁流量计设计与误差调整
发布时间:2017-05-25

一、引言
  随着科学技术的发展,电磁流量计的技术也在一天比一天进步,它应用的领域越来越多,比较的广泛。特别是其对液体有比较强的适应性,在现代工业生产中,它的应用范围尤其广,它几乎是测量液体流量的首选仪表,如测煤浆用的煤浆电磁流量计
二、流量测量的意义
  流量测量是一门迅速发展的技术,为了满足各行各业、各种工况的各种流体的流量测量需要,仪表研究机构研究开发了各种原理的流量计,制造厂每年都有新型流量计供应市场。过去难以解决的流量测量问题,如今有的获得了解决。尤其是近30年以来,微电子技术、计算机技术和通信技术进入流量测量仪表,使流量仪表出现一次飞跃,仪表的功能更加丰富,可靠性得到显著提高,测量精确度获得大幅度的提升,于是0.1级科氏力质量流量计、精确度优于±0.3%R的电磁流量计等相继问世。据统计,目前市场上能买到的流量计种类已达百种以上,各种不同类型的流量计相互竞争,并以各自特有的优势占据着一定的市场份额。直至今日,凡是被人们应用的类型,都是因为它们在某些方面有相对优势,而在竞争中取胜的后起之秀也并非十全十美,不能期望用一种流量计覆盖所有的应用领域。
三、关于电磁流量计特点、工作原理和量程范围
(一)电磁流量计
  能源计量用流量计往往跟企业的效益有直接的联系,是进行贸易结算的依据,进行能源的科学管理、提高经济效益的重要手段。电磁流量计图1(Electromagnetic Flowmeter)是一种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表,采用单片机嵌入式技术,实现数字励磁,同时在电磁流量计上采用CAN现场总线。它是由直接接触管道介质的传感器和上端信号转换器两部分构成,是基于法拉第电磁感应定律工作的,用来测量电导率大于5μs/cm的导电液体的流量,同时也是一种测量导电介质流量的仪表。除了可以测量一般导电液体的流量外,还可以用于测量强酸、强碱等强腐蚀性液体和均匀含有液固两相悬浮的液体,如泥浆、矿浆、纸浆等。
电磁流量计外形图
(二)电磁流量计的分类
  电磁流量计的种类:一体式、插入式、分体式。
  效验方法:管道标定。
  工作原理:是根据法拉第电磁感应原理,再与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极,当导电液体沿测量管轴线运动时,导电液体切割磁力线产生感应电势。主要有在线和离线校验两种。
  在线校验:采用外夹式超声波流量计对电磁流量计测量的管道进行比对校验,验证电磁流量计是否偏差过大。这种方法精度偏低,只能定性的判定结果。
  离线检验:就是在标定装置上进行检验,一般介质为水。标定装置有容积式标准装置、称重式标准装置两大类。通过标定就可以准确地得出被测的电磁流量计精度了。
  按流量传感器与管道连接方式分类,有螺纹连接(油任连接的高压电磁流量计)、夹持型(电磁流量计)、法兰型、卫生型(电磁流量计)插入型(电磁流量计)。按转换器与传感器组装方式分类,有分体型和一体型。
  按流量传感器电极是否与被测液体接触分类,有接触型和非接触型。
  按流量传感器结构分类,有短管型和插入型(电磁流量计)。
  按用途分类,有防侵水型、防爆型电磁流量计、卫生型、通用型和用于明渠流量测量的潜水型(明渠流量计)。
电磁流量计按激磁电流方式分为直流激磁,交流激磁,低频矩形波激磁,双频激磁。
电磁流量计按输出信号连接和激磁(或电源)连线制式分为四线制,二线制。
电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势,而感应电动势又和流量大小成正比,通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量水、矿浆等介质的流量。可测最大管径达2m,而且压损极小。但导电率低的介质,如气体、蒸汽等则不能应用。
  电磁流量计造价较高,且信号易受外磁场干扰,影响了在工业管流测量中的广泛应用。为此,产品在不断改进更新,向微机化发展。
  在现代工业生产中,流动工质的温度、压力等运行参数不断提高,在高温高压的情况下,由于材质和结构等方面的原因,直接式质量流量计的应用遇到困难,而间接式质量流量计由于密度计受湿度和压力适用范围的限制,往往也不好实际应用。因此,在工业生产中广泛采用的是温度压力补偿式质量流量计。可把它看作一种间接式质量流量计,不是配用密度计,而是利用温度、压力与密度间的关系,用温度、压力信号经函数运算为密度信号,与容积流量相乘而得到质量流量.目前温度、压力补偿式质量流量计虽已实用化,但当被测介质参数变化范围很大或很迅速时,正确地补偿将很困难或不可能,因此进一步研究在实际生产中适用的质量流量计和密度计还是一个课题。

(三)电磁流量计的工作原理
  电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律。流量计的流量管内壁衬上了绝缘材料,是一种非导磁合金短管。两只电极沿着管径方向穿通管壁从而固定在测量管上。它的电极头与衬里内表面基本上是齐平的。历次线圈由双向方波脉冲励磁时,将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为B的工作磁场。这个时候,如果具有一定电导率的流体经过测量管时,将会切割磁力线感应出电动势E。电动势E与磁通量弥补B成正比关系,测量管内径d与平均流速v的乘积。电动势E(流量信号)由电极检测出并通过电缆送至转换器。转换器将接收到的流量信号放大进行处理后,即可显示流体流量,同时能输出脉冲,模拟电流信号,用于流量的调节和控制。
  E=KBdv,式中:E-电极间的信号电压(v);B-磁通密度(T);d-测量管内径(m);V-平均流速(m/s)。K,d为常数,由于励磁电流是保持恒流的,故B也是常数,则由E=KBdv可知,体积流量Q与信号电压E成正比,即流速感应的信号电压E与体积Q成线性关系。因此只要测量出E就可以确定流量Q,这就是电磁流量计的基本工作原理。
该电磁流量计的工作原理可以如下图2所示:
电磁流量计工作原理图
(四)电磁流量计的量程范围
  一般工业用电磁流量计被测介质流速以2-4m/s为宜,在特殊情况下,最低流速应不小于0.2m/s,最高应不大于8m/s。若介质中含有固体颗粒,为防止衬里和电极的过分磨擦,常用流速应小于3m/s,对于电磁流量计粘滞流体,流速可选择大于2m/s,较大的流速有助于自动消除电极上附着的粘滞物的作用,有利于提高测量精度。
四、电磁流量计流量时易产生误差的原因及解决办法
1.准确度等级。流量计在规定的流量范围内准确度等级、最大允许误差应符合表1的规定。流量计误差表示使用相对示值误差。
2.引用误差。对于用于瞬时流量指示的流量计误差表示也可使用引用误差,其最大允许误差系列应符合表1规定,其检定结果的标书中不再给出准确等级,而使用其最大允许误差表示,且还应在最大允许误差后标注FS,如±0.5%FS。
3.误差表示方法和选取原则。在一台流量计的一次检定中,应按照准确度等级和引用误差之中的一种给出流量计误差表示方法;对于使用相对示值误差和引用误差组合表示误差的流量计,一次检定中也应统一使用一种方法表示其误差。
4.重复性。流量计的重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差绝对值的1/3。电磁测量计的局限性在于其传感器输出的讯号比较微弱,只有几微伏到几毫伏的电压,这就说明了在安装电磁流量计时要具备很高的技术,同时被测介质与周围环境对电磁流量计的测量精度也有很大的影响。
  不同的介质对电磁流量计测量会有误差,对现实工况条件下流量的修定方法,当前瞬时流量为Q1,K系数为K1时,要调整当前流量,可以通过修改当前K系数来实现,当实际想要的流量为Q2时,就需要修改当前K系数K1的值。
假定新的K系数值为K2,K2就等于实际想要的流量Q2除以瞬时流量为Q1,乘以当前的k系数K1。
即:K2=(Q2/Q1)*K1
  例:表上显示当前瞬时流量为Q1=3.1821,表内K系数K1=0.831(各个表不同,实际想要的流量Q2=3.8258,则可以通过修改K1来得到实际想要的流量即:K2=(Q2/Q1)*K1=(3.8258/3.1821)×0.831=0.999,将得到的K2,重新输入表中,替代原来的K1,将得到新的瞬时流量Q2。

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