摘要:隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗的重視，特別是在冶金，礦業(yè)等高能耗行業(yè)中，企業(yè)需要嚴(yán)格進(jìn)行成本的核算計(jì)量，迫切需要高精度、高可靠性的計(jì)量?jī)x表。結(jié)合鋼鐵行業(yè)的實(shí)際情況，就電磁流量計(jì)的合理選擇和正確安裝作了詳細(xì)介紹，并提出了有效的維護(hù)措施。對(duì)保證其測(cè)量準(zhǔn)確度、計(jì)量企業(yè)能耗具有重要意義。

 

        電磁流量計(jì)是20世紀(jì)60年代隨著電子技術(shù)發(fā)展而迅速開(kāi)發(fā)的新型流量測(cè)量?jī)x表。它根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電流體的體積流量，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)中的各種導(dǎo)電液體的測(cè)量。

        隨著生產(chǎn)企業(yè)對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模的自動(dòng)化改造，大部分工藝設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)級(jí)設(shè)備自動(dòng)化和過(guò)程控制自動(dòng)化，多數(shù)自動(dòng)化設(shè)備采用了國(guó)外先進(jìn)的PLC或DCS系統(tǒng)，過(guò)程自動(dòng)化對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的信息監(jiān)控，將檢測(cè)儀表系統(tǒng)采集的高精度電磁流量計(jì)數(shù)據(jù)傳送到中央控制室。

        電磁流量計(jì)在使用過(guò)程中常出現(xiàn)一些故障，有的是由于儀表本身元器件損壞引起的故障，有的是由于選用不當(dāng)、安裝不妥、環(huán)境條件、流體特性等因素造成的故障等。因此，合理選擇與正確安裝仕樂(lè)克電磁流量計(jì)，并進(jìn)行有效維護(hù)，對(duì)于保證測(cè)量準(zhǔn)確度、提高使用壽命都是很重要的。

 

1電磁流量計(jì)的原理和結(jié)構(gòu)

1.1主要特點(diǎn)

        電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律，測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。

        它的主要特點(diǎn):測(cè)量通道是光滑直管，不易阻塞，適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體;不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失;不受流體密度、1度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化影響;對(duì)前置直管段要求較低;測(cè)量范圍大，通常為20 : 1~50 : 1;不能用于較高溫度的液體測(cè)量。

        電磁流量計(jì)不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等，不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。

 

1.2基本原理

        測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。即:導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E為

                                        E=KBvD(I)

式中:E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào)，V; K為儀表常數(shù)系數(shù);B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T; D為測(cè)量管的內(nèi)徑值，m;。為測(cè)量管界面的平均流速，m/s o

        如圖I所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，且與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)，設(shè)置液體的體積流量時(shí)，則式(1)中K=4B/ (πD)。

        在管道直徑確定，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變的條件下，體積流量與電磁感應(yīng)電勢(shì)有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，而與流體密度、A度、溫度、壓力和電導(dǎo)率無(wú)關(guān)。

 

1.3電磁流量計(jì)的流量傳感器

        電磁流量計(jì)由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。

        流量傳感器由以下部分構(gòu)成:外殼，磁路系統(tǒng)，測(cè)量管，襯里，電極。

        傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，測(cè)量管上下裝有勵(lì)磁線圈，通過(guò)勵(lì)磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管，一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢(shì)。

        傳感器各部分的主要功能如下:

        (1)外殼。由鐵磁材料制成，保護(hù)勵(lì)磁線圈，隔離外磁場(chǎng)的干擾。

        (2)磁路系統(tǒng)。產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場(chǎng)，直流磁場(chǎng)可用永久磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁流量計(jì)，一般都采用交變磁場(chǎng)。

        (3)測(cè)量管。流過(guò)被測(cè)流體，兩端設(shè)有法蘭，用作連接管道。

        測(cè)量導(dǎo)管采用由不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，一般可選用不銹鋼、玻璃鋼、鋁及其他高強(qiáng)度的材料。

        (4)襯里。增加測(cè)量導(dǎo)管的耐磨性與抗腐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量導(dǎo)管壁所短路。在測(cè)量導(dǎo)管的內(nèi)壁有一層耐磨、耐腐蝕、耐高溫的絕緣材料。

        (5)電極。正確引出感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)用不銹鋼非導(dǎo)磁材料制成，安裝時(shí)要求與襯里齊平。

 

1.4電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器

        轉(zhuǎn)換器的主要功能是放大感應(yīng)電勢(shì)、抑制主要的干擾信號(hào)。

        它采用交變磁場(chǎng)克服了極化現(xiàn)象，但增加了電磁正交干擾信號(hào)，正交干擾信號(hào)的相位和被測(cè)感應(yīng)電勢(shì)相差900。

        消除正交干擾的方法是將信號(hào)引出線進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。轉(zhuǎn)換器的放大電路具有反饋補(bǔ)償。

        電磁流量轉(zhuǎn)換器的作用是把電磁流量計(jì)變送器輸出的毫伏信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)化成與介質(zhì)體積流量成正比的0~10mA或4~20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或0~10 kHz的頻率信號(hào)，以便于顯示，并可和電動(dòng)單元組合儀表或PLC配套使用。

        有些型號(hào)電磁流量計(jì)的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和專(zhuān)用芯片(ASIC)，以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFIBUS, Modbus, FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。

 

2 電磁流量計(jì)的選擇與安裝

        選擇時(shí)主要考慮的是安裝口徑，電磁流量計(jì)在大口徑儀表系列中，較多應(yīng)用于給排水工程。中小口徑的常用于固、液雙相流等較難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所，如有色金屬行業(yè)的礦漿、礦熱爐燃燒室冷卻水控制和監(jiān)漏，以及電弧爐冷卻水的流量測(cè)量和控制。

 

2.1電磁流量計(jì)選擇的要素

        (1)測(cè)量精度。通用型電磁流量計(jì)的性能有較大差別，有些精度高、功能多;有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為(士0.5%~士l%) FS，精度低的儀表則為(士1.5%~士2.5%) FS(全量程)，兩者價(jià)格相差1~2倍。因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所(例如非經(jīng)濟(jì)核算僅以控制為目的，只要求高可靠性和重復(fù)性的場(chǎng)所)，選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。

 

        例如:在欽渣埋弧電爐中，對(duì)于二次燃燒室的冷卻水量檢測(cè)和控制，直接關(guān)系到一氧化碳的安全燃燒和排放，我們選用了精度較高的流量計(jì)。

        (2)液體流速。選定電磁流量計(jì)的口徑不一定與管徑相同，要視流量而定。工業(yè)輸送水等a度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速，即1.5~3m/s。仕樂(lè)克電磁流量計(jì)用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。滿度流量時(shí)，液體流速可在I~10m/s范圍內(nèi)選用。用于有易勃附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體，選用流速不低于2 m/s,并帶自清掃、防止A附沉積等作用。

        (3)管徑口徑。電磁流量計(jì)的口徑范圍為10~  3 000mm,實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多，與大部分其他原理檢測(cè)流量?jī)x表(如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等)相比，大口徑儀表占有較大比重。

 

        例如:在50 t高阻抗電弧爐中，對(duì)于水冷爐蓋和水冷爐壁的冷卻水量檢測(cè)和控制，考慮到這兩部分冷卻設(shè)備有不同的消耗量，我們分別選用了兩種不同口徑的仕樂(lè)克流量計(jì)。

        (4)液體電異率。使用電磁流量計(jì)的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的，不能低于A值(即下限值)。電導(dǎo)率低于K值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用，不超過(guò)闌值即使變化也可以測(cè)量，示值誤差變化不大，通用型電磁流量計(jì)的閉值在10-4~   (5/10-6) S/cm之間，視型號(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器與轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容。

 

2.2電磁流量計(jì)傳感器的安裝

        (1)安裝場(chǎng)所。盡可能避免測(cè)量管內(nèi)變成負(fù)壓;選擇震動(dòng)小的安裝場(chǎng)所，特別對(duì)一體型儀表;避免附近有大電機(jī)、大變壓器等引起的電磁場(chǎng)干擾;易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場(chǎng)所;盡可能避開(kāi)周?chē)h(huán)境有高濃度腐蝕性氣體;環(huán)境溫度在一25/一10~   50/60℃范圍內(nèi);環(huán)境相對(duì)濕度在10%-90%范圍內(nèi);盡可能避免受陽(yáng)光直照;避免雨水浸淋，不會(huì)被水浸沒(méi)。

        (2)直管段長(zhǎng)度要求。長(zhǎng)度與大部分其他流量?jī)x表相比要求較低。900彎頭、T形管、同心異徑管、全開(kāi)閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線5倍直徑(5D)長(zhǎng)度的直管段，不同開(kāi)度的閥則需1 OD;下游直管段為2~3D或無(wú)要求;各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長(zhǎng)度亦不一致，要求比通常要求高。這是由于為保證達(dá)到當(dāng)前0.5級(jí)精度流量?jī)x表的要求。

        例如:在50 t高阻抗電弧爐中，對(duì)于水冷爐蓋和水冷爐壁的冷卻水量檢測(cè)，由于工廠管網(wǎng)接口法蘭與電弧爐冷卻水設(shè)備的水分配器之間彎道較多，直管段長(zhǎng)度未能達(dá)到流量?jī)x表的要求，導(dǎo)致冷卻水量的檢測(cè)數(shù)值波動(dòng)很大，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量，后來(lái)我們調(diào)整了流量?jī)x表的檢測(cè)點(diǎn)，電弧爐冷卻水的流量數(shù)據(jù)才穩(wěn)定下來(lái)。

        (3)安裝儀表的接口方向不受限制。

        (4)接地。傳感器必須單獨(dú)接地，保持等電位，以保證穩(wěn)定地進(jìn)行測(cè)量，變送器外殼與金屬管兩端應(yīng)有良好的接地，轉(zhuǎn)換器外殼也應(yīng)接地。接地電阻(10。。為了避免干擾信號(hào)，變送器和轉(zhuǎn)換器之間的信號(hào)必須用屏蔽導(dǎo)線傳輸，不允許把信號(hào)電纜和電源線平行放在同一電纜鋼管內(nèi)敷設(shè)。

 

3電磁流量計(jì)的使用和維護(hù)

3.1安裝調(diào)試

        (1)安裝方面。通常是電磁流量傳感器的安裝位置不正確引起的故障，常見(jiàn)的如將傳感器安裝在易積聚氣體的管路最高點(diǎn);或安裝在自上而下的垂直管上，可能出現(xiàn)排空;或傳感器后無(wú)背壓，流體直接排人大氣而形成測(cè)量管內(nèi)非滿管。

        (2)環(huán)境方面。通常主要是管道雜散電流干擾，空間強(qiáng)電磁波干擾，大型電機(jī)磁場(chǎng)干擾等。管道雜散電流干擾通常采取良好的單獨(dú)接地保護(hù)就可獲得滿意結(jié)果，但如遇到強(qiáng)大的雜散電流，尚需采取另外措施和流量傳感器與管道絕緣等。

        (3)流體方面。被測(cè)液體中含有均勻分布的微小氣泡通常不影響電磁流量計(jì)的正常工作，但隨著氣泡的增大，電磁流量計(jì)輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，若氣泡大到足以遮蓋整個(gè)電極表面時(shí)，隨著氣泡流過(guò)電極會(huì)使電極回路瞬間斷路而使輸出信號(hào)出現(xiàn)更大的波動(dòng)。

3.2工作運(yùn)行

        運(yùn)行期間故障一般由電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)壁附著層、雷電打擊以及環(huán)境條件變化等因素引起。

        (1)傳感器內(nèi)壁附著層。由于電磁流量計(jì)常用來(lái)測(cè)量工業(yè)用水等流體，運(yùn)行一段時(shí)間后，常會(huì)在傳感器內(nèi)壁積聚附著層而產(chǎn)生故障。所以，應(yīng)及時(shí)清除仕樂(lè)克電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)的附著結(jié)垢層。

        (2)雷電打擊。雷擊容易在儀表線路中感應(yīng)出高電壓和浪涌電流，使仕樂(lè)克電磁流量計(jì)損壞。它主要通過(guò)電源線或勵(lì)磁線圈或傳感器與轉(zhuǎn)換器之間的流量信號(hào)線等途徑引人，尤其是從控制室電源線引人占絕大部分。

        (3)環(huán)境條件變化。在調(diào)試期間由于環(huán)境條件尚好，電磁流量計(jì)工作正常，此時(shí)往往容易疏忽安裝條件。在這種情況下，一旦環(huán)境條件變化，運(yùn)行期間出現(xiàn)新的干擾源，就會(huì)干擾儀表的正常工作，仕樂(lè)克電磁流量計(jì)的輸出信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。

 

4結(jié)語(yǔ)

        綜上所述，電磁流量計(jì)作為流量測(cè)量?jī)x表，在鋼鐵領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是近年來(lái)從國(guó)外引進(jìn)的智能化電磁流量計(jì)，內(nèi)置微處理器和程序控制，且?guī)ㄐ沤涌冢δ芨鼜?qiáng)，編程方便，因而具有更強(qiáng)的生命力。但是如果設(shè)計(jì)選型及安裝不當(dāng)，不僅無(wú)法發(fā)揮其優(yōu)越性，還會(huì)給企業(yè)帶來(lái)?yè)p失，從而會(huì)阻礙電磁流量計(jì)的應(yīng)用和推廣。因此，在工程應(yīng)用中，電磁流量計(jì)的正確選型及安裝是極為重要的兩大環(huán)節(jié)，必須引起高度重視。同時(shí)再采取有效的措施加以維護(hù)，就能避免或減少故障的發(fā)生，并保證測(cè)量的準(zhǔn)確度、提高電磁流量計(jì)的使用壽命。