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        華仁儀表

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        電磁流量計的調試方法(電磁流量計接線示意圖)

        文章出處:華仁儀表 發表時間:2021-10-30 09:35

        電磁流量計(Electromagnetic Flowmeters,簡稱EMF)是20世紀50~60年代隨著電子技術的發展而迅速發展起來的新型流量測量儀表。 電磁流量計是應用電磁感應原理, 根據導電流體通過外加磁場時感生的電動勢來測量導電流體流量的一種儀器。

        電氣百科:電磁流量計的使用、連接方式、常見故障、維護案例


        電磁流量計的使用說明

        使用方法

        電磁流量計有兩個運行狀態:自動測量狀態和參數設置狀態。

        儀表通電時,自動進入測量狀態。在自動測量狀態下,電磁流量計自動完成各測量功能并顯示相應的測量數據。在參數設置狀態下,用戶使用四個面板鍵,完成儀表參數設置。

        1、按鍵功能

        1.1自動測量狀態下鍵功能

        下鍵:循環選擇屏幕下行顯示內容;

        上鍵:循環選擇屏幕上行顯示內容;

        復合鍵+確認鍵:進入參數設置狀態;

        確認鍵:返回自動測量狀態;

        測量狀態下,LCD顯示器對比度的調節:小液晶是通過“復合鍵+上鍵”或“復合鍵+下鍵”按數秒鐘;大液晶是通過調節大液晶背面的電位器來實現。

        1.2參數設置狀態下鍵功能

        下鍵:光標處數字減1;

        上鍵:光標處數字加1;

        復合鍵+下鍵:光標左移;

        復合鍵+上鍵:光標右移;

        確認鍵:進入/退出子菜單;

        確認鍵:在任意狀態下,連續按下兩秒鐘,返回自動測量狀態。

        注:1.使用“復合鍵”時,應先按下復合鍵再同時按住上“上鍵”或“下鍵”

        2.在參數設置狀態下,3分鐘內沒有按鍵操作,儀表自動返回測量狀態。

        3.流量零點修正的流向選擇,可將光標移至最左面的“+”或“—”用“上鍵”或“下鍵”切換使之與實際流向相反。

        4.流量的單位選擇,可將光標移至“流量量程設置”菜單的原顯示的流量單位下,然后用“上鍵”或“下鍵”切換使之符合需要。

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        2、參數設置功能鍵操作

        要進行電磁流量計參數設定或修改,必須使流量計從測量狀態進入參數設置狀態。在測量狀態下,按“復合鍵+確認鍵”出現狀態轉換密碼(0000),根據保密級別,按廠家提供的密碼對應修改。再按“復合鍵+確認鍵”后,則進入需要的參數設置狀態。

        智能型電磁流量計傳感器在工藝管道上的安裝

        1.智能型電磁流量計測堵管在任何時刻必須完全注滿介質,不能在不滿管或空管的情況下正常工作。在介質不滿管時,可采用抬高流量計后端出水管高度的方法使介質滿管,避免不滿管及氣體附著在電極上。

        2.管道內有真空會損壞流量計的內襯,需特別注意。

        3.流動的正方向應與流量計上箭頭所指的正方向一致。

        4.智能型電磁流量計即可在直管道上安裝,也可以在水平或傾斜管道上安裝,但要求二電極的中心連線處于水平狀態。

        5.對于液、固兩相流體,最好采用垂直安裝,使被測介質自上而下流動,可使流量計襯里磨損均勻,延長使用壽命。

        6.流量計在管道法蘭附近確保有足夠的空間,以便安裝和維護。

        7.若測量管道有振動,在流量計的兩側應有固定的支座。

        8.測量介質為重污染液體的,在旁路管道安裝流量計本體,不中斷工藝運行,即可排空與清流。

        9.安裝聚四氟乙烯內襯的流量計時,連接法蘭的螺栓應注意均勻擰緊,否則容易壓壞聚四氟乙烯內襯,最好用力矩扳手。

        電磁流量計的流量傳感器連接方式

        流量傳感器與管道連接方式:法蘭連接傳統的連接方式,傳感器兩端有連接法蘭,與管道法蘭間用螺栓固定,可以單向安裝。大口徑傳感器都采用法蘭連接方式,這種連接體積和重量都比夾裝連接方式大。夾裝連接是近年來發展的一種連接方式,傳感器本身是沒有法蘭的,用較長的螺栓加持在管道兩法蘭之間接入管系。這種夾裝是傳感器體積小,重量輕,對于不同壓力規范和標準管系法蘭孔距適應性強,但只適用于小管徑(200mm以下),承受液體工作壓力較低。螺紋連接比較適用于醫藥、食品等藥業和工業配比注入等場所螺紋連接還可以用于石油、地質勘探等16~25MPa以上高壓注水或水泥漿液流量測量,螺紋形狀為梯形。插入式電磁流量計在大管道流量檢測中,有絕對的安裝優勢和價格優勢,適用于水、污染、酸、強堿等導電率強的液體測量,特別適合子啊供排水管道的流量測量。接觸型電極是指與液體接觸的電極是EMF的傳統結構,通常為一堆電極,大口徑儀表也有兩對電極。非滿管型EMF也有用3對電機或條形電極。

        插入式電磁流量計安裝步驟

        插入式電磁流量計安裝步驟

        插入式電磁流量計要求用戶管道應為水平設置,傳感器前至少有5DN、其后至少應有3DN的直管段。流量調節閥應位于傳感器下游3DN以外。管道應明顯振動,管道內壁應無明顯凹凸不平。

        先在管道測量點處正上方開一個Ф60-62mm的孔,要求圓孔四周邊緣光潔,無毛刺和氣割瘤疤等。將安裝件從傳感器上擰下來并可靠地焊接在上述開孔處,要求:使安裝件下端與管道內面齊平并且保證不漏

        松開傳感器的3個鎖緊螺釘將檢測桿及檢測頭整體抽出待后面安裝。(注意:用戶不得打開檢測頭與插入桿的連接)

        在安裝件的上端螺紋處纏以麻絲鉛油或纏以四氟生膠帶后將球閥連同密封劑鎖緊機構擰緊在上面。

        將檢測桿從上方慢慢地再插入進去,將鎖緊螺母稍稍加力擰緊,壓下插入桿測量L2與記錄L2尺寸相同,安裝就完成了。

        影響因素和選型注意事項

        一、各種介質對測量的影響

        ⑴流速分布的影響由流體力學知道,液體在管道內流動時,管道橫截面上各點的流速是不相等的,但不管是層流還是紊流,經一定距離的直管段后,流速分速即可成為軸對稱分布,流速在管軸中心處為最大,在管壁處為零,其平均流速為V—,只要流速分布相對測量管中心軸為對稱的,則在電極上產生的感應電動勢大小與各點的流速分布狀態無關,而只是與被測液體的平均流速成正比。因此,流速分布為軸對稱是均勻磁場型電磁流量計必須滿足的工作條件之一。假如流速分布相對管中心軸為非對稱時,雖然總的流量相同,但在電極附近感應電動勢大,所以測得的信號比實際流量值大。相反,在與電極成90°的地方感應電動勢小所得的信號比實際流量值小,造成測量誤差。因此,為了使流速度分布軸對稱,流量計前加直管段是必要的。

        ⑵磁場邊緣效應對測量的影響若假定沿流體的流動方向上磁場始終是均勻的,實際上,這意味著沿管軸方向上的磁場為無限長而實際流量計的磁場是有限長的所以就必須考慮有限長磁場產生的邊緣效應對測量的影響。假定管壁是絕緣的,電極附近磁場大致是均勻的,兩端則逐漸減弱,形成不均勻的邊緣,最后下降為零。這樣,使得液體內部電場E也不均勻,將產生渦電流。由渦電流所產生的二次磁通反過來改變磁場邊緣部分的工作磁通使磁場的均勻性進一步遭到破壞。這時,在電極上測得的感應電動勢與無限長磁場下的感應電動勢大小不一樣,產生了誤差。假如管壁是導電的,由于導電管壁的短路作用,磁場邊緣效應就會更加明顯,隨著管壁導電率和壁厚的變化,這種影響也將更見明顯,從而導致電極上感應電動勢的損失增加。對電磁流量計來說,測量管壁絕緣是非常必要的,所以管壁通常要涂上絕緣層。若被測介質中含有導磁性物質,磁場邊緣效應就更復雜。由于導磁物質的存在,使磁場發生嚴重畸變,造成測量的非線性。所以對于所測液體中含有液態金屬的,一般采用直流勵磁以減少磁場邊緣效應。

        ⑶被測介質電導率的影響,電磁流量計轉換器的輸入阻抗已有所提高測量導電性液體時,一般不會因介質電導率稍有變化而引起誤差,但對于一定的轉換器輸入阻抗,被測介質的電導率有一個下限值,不能低于該下限值。被測介質的電導率太大也是不允許的。例如當電導率超過10-1S/cm左右時,就會降低流量信號,改變指示值,即指示流量值小于實際流量值。當被測介質的電導率很大時,外電路的電阻較小,這時不管轉換器的輸入阻抗有多高,并聯的結果將取決于這部分液體外電路從而減小變送器與轉換器之間的傳輸精度。所以,對一個電磁流量計來說,測量不受介質電導率影響是有一定范圍的,被測介質電導率既不能太大,也不能太小。假如介質的電導率極高,磁場邊緣區將產生很大的渦電流,引起二次磁通,使工作磁場邊緣區域兩側的磁場分別被削弱和增強。所以測電導率高的介質不宜用交流勵磁,而應用直流激磁。隨著電子技術的發展,轉換器輸入阻抗的提高,必將可以降低被測介質電導率的下限。

        二、流量傳感器的選用電磁流量計電極材料的選用電極材料與被測介質選配不當,將由于化學作用或極化現象而影響正常測量,應根據被測介質的腐蝕性選擇電極材料。根據被測介質的腐蝕性、磨損性和溫度選擇電磁流量計內襯材料。盡量選擇有防雷擊功能的電磁流量計。

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        三、流量傳感器安裝

        1、對安裝場所的要求。

        1)、測量混合相流體時,選擇不會引起相分離的場所,測量雙組分液體時,避免裝在混合尚未均勻的下游,測量化學反應管道時,要裝在反應充分完成段。

        2)、盡可能避免測量管內變成負壓。

        3)、選擇震動小的場所,特別對一體型儀表。

        4)、避免附近有大電機、大變壓器等,以免引起電磁場干擾。

        5)、易于實現傳感器單獨接地的場所。

        6)、盡可能避開周圍環境有高濃度腐蝕性氣體。

        7)、環境溫度在-25-60℃范圍內,環境相對濕度在10%-9O%范圍內,盡可能避免陽光直射。

        8)、液體應具有測量所需的電導率,并要求電導率分布大體上均勻。因此流量傳感器安裝要避開容易產生電導率不均勻場所,例如其上游附近加入藥液,加液點最好位于傳感器下游。

        2、直管段長度要求,電磁流量計對前后直管段要求比較低,對于90o彎管、T形三通、同心異徑管、全開閘閥后通常只要離電極中心線,不是傳感器進口端連接面>5倍直徑長度的直管段,不同開度的閥則需1OD,下游直管段為3D。測量不同介質的混合液體時,混合點與流量計之間的距離最少要大于30D.

        3、安裝位置和流動方向,傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可,不受限制。但測量固、液兩相流體最好垂直安裝,自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴重,低流速時固相沉淀等缺點。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線,防止由于液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面造成絕緣也可防止底部的電極被沉積物覆蓋。垂直安裝時,應使流動方向向上,這樣可以使無流量或小流量時,流體中夾雜的較重固態顆粒下沉,而較輕的肢肪類物質上升離開流量計的傳感器電極區。

        4、接地傳感器必須單獨接地,接地電阻100Ω以下。分離型原則上接地應在傳感器一側,轉換器接地應在同一接地點。

        電磁流量計的常見故障

        常見故障

        典型故障診斷及處理

        1.無流量輸出。檢查電源部分是否存在故障,測試電源電壓是否正常;測試保險絲通斷;檢查傳感器箭頭是否與流體流向一致,如不一致調換傳感器安裝方向;檢查傳感器是否充滿流體,如沒有充滿流體,更換管道或垂直安裝。

        2.信號越來越小或突然下降。測試兩電極間絕緣是否破壞或被短路,兩電極間電阻值正常在(70~100)Ω之間;測量管內壁可能沉積污垢,應清洗和擦拭電極,切勿劃傷內襯。測量管襯里是否破壞,如破壞應予以更換。

        3.零點不穩定,檢查介質是否充滿測量管及介質中是否存在氣泡,如有氣泡可在上游加裝消氣器,如水平安裝可改成垂直安裝;檢查儀表接地是否完好,如不好,應進行三級接地(接地電阻≤100Ω);檢查介質電導率應不小于5μs/cm;檢查介質是否淤積于測量管中,清除時注意不要將內襯劃傷。

        4.流量指示值與實際值不符。檢查傳感器中的流體是否充滿管,有無氣泡,如有氣泡可在上游加裝消氣器;檢查各接地情況是否良好;檢查流量計上游是否有閥,如有,移至下游或使之全開;檢查轉換器量程設定是否正確,如不對,重新設定正確量程。

        5.示值在某一區間波動。檢查環境條件是否發生變化,如出現新干擾源及其他影響儀表正常工作的磁源或震動等,應及時清除干擾或將流量計移位;檢查測試信號電纜,用絕緣膠帶進行端部處理,使導線、內屏蔽層、外屏蔽層、殼體之間不相互接觸。

        選用電磁流量計測量流量的流體必須是導電的,因此不導電的氣體、蒸汽、油類、丙酮等物質不能選用電磁流量計測量流量。

        運行故障

        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,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。雷電擊損儀表有3條引入途徑:電源線,傳感器勺轉換器間的流量信號線和激磁線。然而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是從控制室電源線路引入的,其他兩條途徑較少。還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?,F任已有若于設計單位隊識和探索解決這一問題,如齊魯石化設計院[1]。

        3、環境條件變化

        主要原因同上節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,調試期因無償擾源,儀表運行正常,然而在運行期出現新干擾源(例如測量點附近管道或較遠處實施管道電焊)干擾儀表正常運行,出現輸出信號大幅度波動。

        電磁流量計的維護案例

        維護案例

        電磁流量計的維護

        1、傳感器檢查

        測試設備:500MΩ絕緣電阻測試儀一臺,萬用表一只。

        2、轉換器檢查

        電磁流量計如判定是轉換器故障,經檢查外部原因沒問題的情況下,請與生產廠家聯系一般會采取更換線路板的方式解決。

        電磁流量計測量低電導率介質之實踐

        電磁流量計是用來測量電導率大于5μs/cm的導電性的液體介質的體積流量,電磁流量計測量原理主要是依據法拉第電磁感應定律,即當流體通過測量管,將切割磁力線感應出電動勢。電動勢正比于磁通量密度,測量管內徑與平均流速的乘積,電動勢(流量信號)由電極檢出并通過電纜送至轉換器,然而當測量微弱的電導率介質時,電動勢就很難被感應出,通過現場實踐操作方法,我們特雷默克總結出以下幾點供參考:

        首先是要確定被測量介質是否具有電導率;

        其次是在電磁流量計安裝上要嚴格按照產品使用說明書進行安裝;

        再次是在電磁流量計進行調試時將電磁流量計轉換器內空管報警這一參數關閉后就可以順利地檢測出電動勢。

        電磁流量計口徑的計算確定方法:

        電磁流量計主要用于測量封閉管道內導電性的液體的體積流量,電磁流量計規定流體的最小流速不低于0.5m/s,正常在2~4m/s,最高不高于8m/s,因此我們在選擇電磁流量計的口徑時要充分考慮到在保證電磁流量計的測量精度下,選擇合適的管道尺寸,那么如何確定電磁流量計的口徑呢?下面簡單介紹一下電磁流量計的口徑如何確定

        假設現在有500m3的一池水要求在4個小時內用水泵將其排凈,怎么來確定要采用多大口徑的管道呢?通過上面要求的參數可以確定流量計的流量范圍是:500m3除以4小時就是125m3/h。通過流量可以計算管道口徑的大概范圍,即:πr2×流速(0.5~8m/s)=125m3/h,通過計算知道要抽完125m3/h的水,其口徑范圍在0.075m~0.2975m即DN80~DN300之間,再考慮到電磁流量計的精度要求,選流速2~4m/s為最佳,通過計算其口徑在0.105m~0.149m,即DN100~DN150,考慮到投資等各方面因素,就可以確定選DN100的較適合。

        電磁流量計的各類遺留問題

        電磁流量計研究的遺留問題

        流量儀表的品種、規格、準確度和可靠性都不能完全滿足要求,尤其是對腐蝕性流體、臟污流體、高粘性流體、特大流體、微小量流體等測量問題,還要進行深入研究。測量裝置不能滿足流量計的檢定要求,尤其是缺乏現場進行實時檢定流量計的技術手段。以上問題經過實踐考驗,科學技術不斷創新,利用最新的技術研究成果,將超聲波、激光、電磁、核技術等新技術引入流量計量的領域,使得流量傳感器趨向于電子化、數字化、多功能化,拓寬了流量計的領域。交流勵磁電磁流量計出現的早期,存在較大的渦流損失,為了得到高的測量精度,需要產生較強的感應電動勢,設計的傳感器磁場約為流速1m/s產生1~2mv的感應信號電壓。交流勵磁型的電磁流量計消耗功率往往在數十瓦至上千瓦,低頻矩形波磁場大部分時間都處于直流狀態,它的鐵心渦電流損失很小,磁感應強度低,這樣設計的傳感器磁場大約是1m/s流速能夠產生0.1~0.2mv的感應信號電壓。低頻矩形波勵磁的電磁流量計與交流勵磁型電磁流量計比較能耗大幅度的降低。

        電磁流量計的電極采集的感應電動勢

        電磁流量計的電極采集的感應電動勢是與勵磁信號同頻率的微小電壓信號,而且干擾多,必須經過信號調理才能進行采集。信號調理電路部分包括儀用放大電路,低通濾波電路和信號放大電路,重點對電路的抗干擾能力進行研究。電路中的運放全部選用低電壓微功耗器件,進一步降低了系統功耗。要不斷完善改進電磁流量計的結構、功能,才會使流量計在市場上的反應更好。

        大口徑電磁流量計測量時的誤差來源

        主要誤差源為:由于傳感器電極間距離無法做到無窮小,而渦電場強度在管段軸方面的分量沿著關斷軸方向并不是每一處都相等,所以將引入誤差。傳感器電極本身的軸向寬度將增加電極間距的不確定性,加大電極間距離所引入的誤差。傳感器厚度引入的誤差。傳感器電極及引線等構成回路引入造成磁通而帶來的誤差,根據HEMP的理論計算,對以上誤差源進行理論修正后,可以將基本誤差做到小于±0.2%,符合干標定的精度要求。

        電磁流量計不同的分類標準

        電磁流量計的分類方式用很多,按照不同的分類標準,分成不同的種類。比如按轉換器與傳感器組裝方式來分,有分離型和一體型;按流量傳感器與管道連接方法來分類,有法蘭連接、法蘭夾裝連接、衛生型連接和螺紋連接;按流量傳感器電極是否與被測液體接觸分類,有接觸型和非接觸型;按流量傳感器結構分類,有短管型和插入型;按用途分類,有通用型、防爆型、衛生型、防侵水型和潛水型等。


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