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 流量计选项事项
电磁流量计受液体若干物性影响 中国仪器仪表行业协会 流量仪表专业委员会  蔡武昌     日本横河电机公司于20014月出版《现场仪表秘籍》,书中涉及公司主要现场检测仪表(差压变送器、电磁流量计和涡街流量计)实践中的体会和应用诀窍(know-how)以及实验数据。出版者认为该书可作为在现场使用遇到困难时翻阅获得提示的简明参考书。本文仅摘编电磁流量计部分的应用经验中几种影响量等数据图表,以及笔者对这些内容说明的评论。 本文原篇名《横河电机电磁流量计应用经验》,载于中国仪器仪表行业协会流量专业委员会内部刊物《会刊》总2期(20054月)上,经更改篇名凸显主题,予以公开发表。   一、零点稳定性

 
低频矩形波励磁仪表的零点稳定性好,交流励磁仪表则较差,原因有: 1.  液体中涡电流引起的噪声; 2.  信号线,电极与液体形成回路感应的正交(90度)噪声; 3.  工频交流励磁时还有信号线引入的同相噪声。 若磁场、测量管径、管轴和流体电阻对电极轴完全对称,即使存在涡电流,电极上也不会出现噪声,然而实际流程电极易受污染,破坏电极本身的对称性,出现同轴正交噪声。 1所示即为氢氧化铝浆液中工频交流励磁和低频矩形波励磁两种电磁流量计在165天的零点偏移实测值。低频励磁的零点稳定性明显优于交流励磁。 图一 正交噪声原理上不直接影响流量信号,但由其引起的铁损会使信号电压相移而形成同相噪声。 笔者认为虽然这些不利因素在实际交流励磁电磁流量计设计上,得到不同程度的改善,且交流励磁方式已不是当前主流,似乎可不必介意,但是国外现在某些制造厂仍将交流励磁作为测浆液的主导仪表,因此在作分析比较时还是要熟悉这些特点。   二、电极附着层影响 为验证电极附着层引起微分噪声的变化,涂敷酚醛树酯等于电极一半作模拟试验,结果见图2. 工频交流励磁偏差高达9%,低频矩形波励磁则不足0.2%。这一实验为我们提供电极附着影响一个定量上的概念。   三、流动噪声 电磁流量计受流体噪声影响已为人们所注视。流动噪声是流体与衬里表面磨擦产生电荷,这些电荷在流体移动时形成噪声。流动噪声取决于流体参量中的电导率、介电常数、黏度以及流速,它们之间的关系如下式和图3、图4所示。这一组图使我们知道它们间的关系,也有了一个数值上的概念。         介电常数 流动噪声∝───── ×(流速)                       电导率×黏度   流动噪声是酒精、纯水等低电导率和低黏度液体特有的噪声。   四、液体电导率影响 电磁流量计是利用电导率均匀的液体,在磁场B中内径为D,管内以流速V流动时,按法拉第电磁感应定律感应电势E=K·B·D·V(式中K为常数)来工作的。在该基本公式中感应电势E不受电导率和液体温度、压力、密度、粘度的直接影响。但实际上电导率还因以下原因受到影响: 1.       电导率降低, 流动噪声增加,输出信号不稳定。 2.       感应电势受连接流量传感器相邻金属管道短路效应影响,电导率增加流量输出信号下降。近年来流量传感器趋向小型化,法兰间长度更短,此效应更为明显。图5所示是4种仪表的电导率影响实验数据,其中CDN15仪表电导率在5~20,000μS/cm间变动,示值变化高达2.8%.例如以工业用水校准的C社电磁流量计测量26%食盐(18℃时电导率21500μS/cm),流量指示变化就有+1.4%,这对于0.5级精度仪表来说是相当大的,如测量稀酸,苛性钠等液体时(电导率约为105μS/cm),指示变化将更大。 3.       液体产生的涡电流对磁场的影响。液体电导率过大,液体中涡电流所产生二次磁场作用到主磁场,其影响就不用忽视。液态金属电导率非常高(如20℃水银为1×104S/cm,通用的电磁流量计就无法测量,必须用直流磁场型专用电磁流量计。通用电磁流量计可进行测量液体的极限电导率为1×10-6S/cm数量级,若为通常任何浓度离子性电解质电导率(如饱和食盐水约为2×10-1S/cm)高于此值,不受涡电流对磁场的影响。   五、液体黏度影响 液体黏度变化的影响实质上是黏度变化引起流速分布廓形变化的影响。流动从紊流(雷诺数Re>8000)转变到层流(Re<2000)流速分布变化较大,从而引起流量示值得偏移。 理论上若是轴对称流动于点电极和均匀磁场模式下,流速分布不影响感应电势。但实际上即使在前置直管段长度充分的轴对称流,流动于具有小面积(不是理论上的点)电极和不均匀磁场,轴对称流的流速分布变化,还会产生示值偏离。图6所示是3家制造厂仪表在Re数变动下流量示值偏离的实测例。然而从紊流到层流的流动转变时的流速很低,远离流程工业低黏度液体常用流速,例如测DN400水,Re=2000时,流速仅0.004m/s,可不必介意,但是,若小口径仪表在低流速时误差偏大,作分析时应考虑这一因素。   六、液体中含有铁磁铁体的影响 液体中含有铁磁性颗粒使导磁率增加,穿过流体的磁场强度增大,感应电动势向“正向”偏移。图7为一实测例,实验磁铁粉浓度30%时,指示值偏离16%-19%    
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