電磁流量計的發展及應用問題
2016-02-24
概述
流量測量方法和儀表的種類功率計繁多，分類方法也很多。至今為止，可供工業用的流量儀表種類達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。本文著重介紹目前國內應用最廣的電磁流量計，闡述電磁流量計的工作原理、使用特點、應用概況及國內外的發展情況。
電磁流量計的發展
電磁流量計是根據法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。電磁流量計有一系列優良特性，可以解決其它流量計不易應用的問題，如臟污流、腐蝕流的測量。70、80年代電磁流量在技術上有重大突破，使它成為應用廣泛的一類流量計，在流量儀表中其使用量百分數不斷上升。
電磁流量計優、缺點
電磁流量計的優點：
電磁流量計測量通道是段光滑直管，因此不會有阻塞現象，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；電磁流量計不產生流量檢測所造成的壓力損失，節能效果好；電磁流量計所測得的體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響；電磁流量計的流量范圍大，口徑范圍寬；電磁流量計可應用于腐蝕性流體的測量。
電磁流量計缺點：
電磁流量計不能測量電導率很低的液體，如石油制品；電磁流量計不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；電磁流量計不能用于較高溫度。
電磁流量計應用概況
電磁流量計應用領域廣泛，大口徑儀表較多應用于給排水工程；中小口徑常用于高要求或難測的場合，如鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制，造紙工業測量紙漿液和黑液，化學工業的強腐蝕液，有色冶金工業的礦漿；小口徑、微小口徑常用于醫藥工業、食品工業、生物化學等有衛生要求的場所。電磁流量計從50年代初進入工業應用以來，使用領域日益擴展，80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占16%~20%。我國近年來發展相當迅速，1994年銷售估計為6500~7500臺。國內已生產最大口徑為2~6m的電磁流量計，并有實流校驗口徑3m的設備能力。
電磁流量計應用問題
雖然電磁流量計具有諸多優點，但也常出現故障。電磁流量計故障常見的有二大類：第一類為儀表本身故障，即儀表結構件或元器件損壞引起的故障；第二類為外界原因引起的故障，如安裝不妥流動畸變，沉積和結垢等。
按故障發生時間分為：調試期故障和運行期故障。
① 調試期故障：調試期故障出現在新裝用后調試初期，主要原因是儀表選用或設定不當，安裝不妥等。
② 運行期故障：運行期故障是在運行一段時期后出現，主要原因有流體中雜質附著電極襯里，環境條件變化出現新干擾源等。
③ 故障外界源頭分析：一是管道系統和安裝等方面引起的；二是使用環境方面發生變化引起的；三是流體變化引起的。
調試期故障
本類故障在電磁流量計初裝調試時就出現，但一經改進排除故障，以后在相同條件下一般就不會再度出現。常見調試期故障主要有安裝不妥、環境干擾、流體特性影響三方面原因。
1、管道系統和安裝等方面
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高點；流量傳感器后無背壓，液體徑直排入大氣，形成其測量管內出現非滿管現象；裝在自上向下流的垂直管道上，可能出現排空。
2、環境方面
主要是管道雜散電流干擾，空間電磁波干擾，大電機磁場干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好單獨接地保護可獲得滿意測量，但如遇管道有強雜散電流（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。空間電磁波干擾一般經信號電纜弓入，通常采用單層或多層屏蔽予以保護，但也曾遇到屏蔽保護還不能克服的。
3、流體方面
液體含有均勻分布細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電極表面，使電極信號回路瞬時斷開，輸出信號將產生更大波動。低頻如50/16Hz—50/6Hz矩形波激磁電磁流量計測量液體中含有固體超過一定含量時將產生漿液噪聲，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，若兩種液體電導率（或各自與電極間電位）有差異，在混合未均勻前即進入流量傳感器進行流量測量，輸出信號亦會產生波動。電極材質與被測介質選配不善，產生鈍化或氧化等化學作用，電極表面形成絕緣膜，以及電化學和極化現象等，均會妨礙正常測量。
運行期故障
經初期調試并正常運行一段時期后在運行期間出現的故障，常見故障原因有：流量傳感器內壁附著層，雷電擊，測量環境條件變化。
1、內壁附著層
由于電磁流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其他流量儀表多，出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近，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。后兩種現象均會使儀表無法工作。
2、雷電擊
雷電擊在線路中感應瞬時高電壓和浪涌電流，進入儀表就會損壞儀表。雷電擊損壞儀表有3個途徑：電源線，傳感器與轉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。從發生雷擊事故現場了解到，不僅電磁流量計出現故障，控制室中其他儀表電也常常同時出現雷擊事故。因此使用單位要認識設置控制室儀表電源線防雷設施的重要性。
3、環境條件變化
主要原因同上述調試期故障環境方面，只是干擾源不在調試期出現而在運行期間再介入的。例如一臺接地保護并不理想的電磁流量計，調試期因無外界干擾源，儀表運行正常，然而在運行期出現新的干擾源（例如：測量點附近管道或較遠處實施管道電焊，車輛過往頻繁振動加大，管道旁新增高壓電網等等），干擾了儀表正常運行，出現輸出信號大幅度波動。
基于電磁流量計是導電性流體在磁場中運動所產生的感應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定律。因此，電磁耦合靜電感應是電磁流量計干擾噪聲的首要來源；被測流體介質特性產生的電化學干擾噪聲是電磁流量計干擾燥聲的第二來源；電磁流量計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，另外電磁流量計工作現場的工頻共模干擾，其三供電電源引入的工頻串模干擾等，其產生的物理機理均是電磁感應原理。因此，工頻干擾噪聲會嚴重影響電磁流量計的測量精度。
（2）、流體介質特性產生的電化學干擾噪聲
電化學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致電解質在電極表面極化的產生，雖然采用正負交變勵磁磁場能顯著減弱極化電勢的數量級，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電性流體流量時，固體顆粒或者氣泡擦過電極表面，電極表面的接觸電化學電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現尖峰脈沖狀干擾噪聲。又如，流體流動噪聲，是在測量低導率液體（100vs/cm以下）流體流量時，電極的電化學電勢定期波動，產生隨流量增加而頻率增加的隨機干擾噪聲。
（3）、供電電源性干擾
電磁流量計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。但當電源電壓的頻率波動時，雖然其波動范圍有限，但對電磁流量計測量精度影響較大。
電磁流量計的故障現象和檢查流程
電磁流量計常見故障現象有：無流量信號/輸出晃動/零點不穩/流量測量值與實際值不符/輸山信號超滿度值等。通常檢查整個測量系統和判斷故障的程序，包括電磁流量計本身的傳感器和轉換器以及連接兩者的電纜，電磁流量計上位的工藝管道，下（后）位顯示儀表連接電纜。
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