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電磁流量計的安裝條件對于測量效果影響的研究
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國民生產(chǎn)中各類流體物資的測算與貿(mào)易結(jié)算離不開科學的計量方法和設(shè)備，流量計是我們常見計量儀表之一，我們常見的各類的管道內(nèi)介質(zhì)的測量，比如供水供氣，加油站，污水處理這些與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的各個方面。以及各類化學工業(yè)，石油、制藥等工業(yè)等都離不開流量計。電磁流量計是我們所見的常用的流量計之一，被大量應(yīng)用于天然氣流量，供水行業(yè)流量測量中，其對于現(xiàn)場的安裝要求較低，產(chǎn)品的優(yōu)點也十分的突出，具有結(jié)構(gòu)簡單、無截流阻流部件，不存在壓力損失和流體堵塞現(xiàn)象且不受介質(zhì)密度、粘度、溫度等影響，穩(wěn)定性好等特點，不過如果選型不合理、現(xiàn)場安裝不妥、使用不當，都將會引起誤差的增大，示值不穩(wěn)定，甚至表體損壞。對于流量計常發(fā)生測量不準，甚至不能正常運行的狀況，給生產(chǎn)帶來了一定的影響，必須找出解決的辦法并加以改進。本文介紹了電磁流量計的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，對電磁流量計的工作原理進行了分析。
1電磁流量計
電磁流量計（ElectromagenticFlowmeter，簡稱EMF）基于法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種用于測量導(dǎo)電液體體積流量的速度式流量計。由于其突出的優(yōu)點和明顯的優(yōu)勢，目前已被**地應(yīng)用于各種測量工況中，測量工業(yè)過程中各種具有導(dǎo)電特性的液體的體積流量，如各種鹽、酸、堿等腐蝕性介質(zhì)；各種易燃易爆介質(zhì)；污水處理及化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中各種漿液流量測量，應(yīng)用領(lǐng)域**且獨特。
電磁流量計的構(gòu)造相對較簡單，傳感器的測量管內(nèi)幾乎無可移動的部件，阻礙或干擾流體流動的節(jié)流部件也不存在。因而，當流體流經(jīng)流量計時，壓力損失基本為零。因為其特殊的構(gòu)造形式，阻礙流體流動的結(jié)構(gòu)部件，在儀表測量管內(nèi)不存在，僅僅只有測量管內(nèi)襯以及電極與被測流體進行接觸，因此內(nèi)襯和電極的材料如何選擇，完全取決于被測量流體介質(zhì)的性質(zhì)。例如測量磨損較大的礦漿、帶固體顆粒、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體，比較適合采用耐磨橡膠做內(nèi)襯；而測量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)，則特別適合用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內(nèi)襯。
2安裝條件的影響流場分布
2.1對電磁流量計測量的影響
流體在管道中流動時，一般有兩種流動狀態(tài)，即層流流動和湍流流動。層流流動時，管內(nèi)流體分層流動，各流層之間相互不混雜而平行于管道軸線流動，流層間沒有流體質(zhì)點的相互交換，流體通過一段管道的壓力降與流量成正比。而湍流流動時，管內(nèi)流體不再分層流動，流體質(zhì)點除了沿管道軸線方向運動外，還有劇烈的徑向運動，流體通過一段管道的壓力降與流量的平方成正比。
在實際應(yīng)用中，出于工藝流程的需要，往往需要在管道中加上彎頭、閥門、減縮管、漸擴管等阻流件，流體流經(jīng)這些阻流件之后，流場會發(fā)生較大的變化。為了較好的觀察流體流經(jīng)阻流件之后的流場速度分布，選取90°彎頭和漸縮管為研究對象，90°彎頭的模型和網(wǎng)格劃分如圖1所示。管道直徑為100mm，彎頭處的曲率半徑為200mm。為了保證流體經(jīng)過彎頭時已充分發(fā)展，彎頭上游有10D直管段，并且彎頭下游有70D直管段。
電磁流量計對流場的分布沒有嚴格的要求，因此相比于超聲流量計，電磁流量計對于上游直管段的要求不需要太長。流體在通過彎頭時流場會發(fā)生一定的改變，通過彎頭之后還需要經(jīng)過一定的直管段流場才能重新恢復(fù)。同樣，流體在通過其他上游阻流件如漸縮管、漸擴管、閥門等同樣也會發(fā)生流場的畸變，需要經(jīng)過一定的直管段之后，流場才能重新恢復(fù)，達到電磁流量計測量對流場分布的要求。儀表上游阻流件的影響導(dǎo)致流場的畸變，需要經(jīng)過一定的直管段才能得到恢復(fù)。制造廠也通過不斷的優(yōu)化電磁流量計的結(jié)構(gòu)以減小其對流場的依賴，經(jīng)過不斷的努力，現(xiàn)在使用的電磁流量計需要一定的前直管段，但也無需太長。大量的實驗表明，一般電磁流量計上游仍然要有5到10倍管徑的直管段。
2.2電磁流量計安裝位置的影響
傳感器安裝位置的選擇是保證電磁流量計正常運行的關(guān)鍵，所以在選擇安裝位置時應(yīng)考慮下列因素：
?。?）根據(jù)電磁流量計的測量原理可知，被測流體的流速必須軸對稱分布才能保證流量計正常運行，否則容易引起流量計指示不穩(wěn)，所以安裝位置的選擇必須使介質(zhì)滿管且保證直管段的要求（一般前5D后3D）。
?。?）為避免氣泡的影響，安裝位置不宜選擇在易積聚氣體的流體管道的高點，垂直安裝時，應(yīng)選擇流體由下而上的位置。當流體出口為放空狀態(tài)時，傳感器不應(yīng)安裝在管道放空之處，應(yīng)安裝在較低處，并使流體滿管。
?。?）電磁流量計的測量原理就決定了其易受外界電磁干擾的影響，為避免電磁場干擾，安裝位置應(yīng)盡可能地遠離有強電磁場的大功率用電設(shè)備如大機電、大變壓器等。另外，安裝時流量計應(yīng)很好的接地，信號線選用屏蔽線并穿管進行保護。
（4）為避免負壓及管道的震動對流量計的影響，安裝位置不宜選擇在泵的進口或地面有強烈的震動處。如管道振動大，在傳感器兩邊應(yīng)加裝固定管道的支架，以減少震動的影響。（5）被測介質(zhì)中含有固體顆粒時，水平安裝會使襯里和電極過分磨蝕，也會使測量管內(nèi)徑被磨變大，從而產(chǎn)生較大的測量誤差，此時應(yīng)該選擇垂直安裝。
2.3阻流件的影響在前直管段為20D、10D、5D的各工況中，幾乎所有工況對流量計的測量性能影響都在允許的0.5%誤差范圍內(nèi)；當前直管段小于5D時，各工況表現(xiàn)出對流量計測量性能影響的差異不同，其中阻流件為DN100球閥+不在同一平面45°雙彎頭、DN100球閥+DN100單彎頭、DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭時，對電磁流量計測量性能影響較大?？傮w來看，電磁流量計在復(fù)雜工況下所需的前直管段比較短，保守估計，前直管段為10D時均能滿足所有工況時的測量精度。
總之，如果流量計在現(xiàn)場使用時沒有正確安裝，例如直管段長度不夠、管徑內(nèi)液體不是理想液體、環(huán)境溫度超出流量計正常使用范圍，都有可能對流量計的測量結(jié)果造成極大的影響，可是現(xiàn)場條件未必能像實驗室的安裝條件一樣理想，這就需要使用單位對流量計的性能作必要的了解和對現(xiàn)場安裝條件的嚴格把關(guān)。
上一條：淺析非接觸式雷達液位計由于測量介質(zhì)引起的誤差狀況
下一條：中方對美方貿(mào)易戰(zhàn)霸權(quán)反擊 對美100項科學儀器及部件加征關(guān)稅
1電磁流量計
電磁流量計（ElectromagenticFlowmeter，簡稱EMF）基于法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種用于測量導(dǎo)電液體體積流量的速度式流量計。由于其突出的優(yōu)點和明顯的優(yōu)勢，目前已被**地應(yīng)用于各種測量工況中，測量工業(yè)過程中各種具有導(dǎo)電特性的液體的體積流量，如各種鹽、酸、堿等腐蝕性介質(zhì)；各種易燃易爆介質(zhì)；污水處理及化工、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中各種漿液流量測量，應(yīng)用領(lǐng)域**且獨特。
電磁流量計的構(gòu)造相對較簡單，傳感器的測量管內(nèi)幾乎無可移動的部件，阻礙或干擾流體流動的節(jié)流部件也不存在。因而，當流體流經(jīng)流量計時，壓力損失基本為零。因為其特殊的構(gòu)造形式，阻礙流體流動的結(jié)構(gòu)部件，在儀表測量管內(nèi)不存在，僅僅只有測量管內(nèi)襯以及電極與被測流體進行接觸，因此內(nèi)襯和電極的材料如何選擇，完全取決于被測量流體介質(zhì)的性質(zhì)。例如測量磨損較大的礦漿、帶固體顆粒、水泥漿等液固兩相流以及各種帶纖維液體和紙漿等懸濁液體，比較適合采用耐磨橡膠做內(nèi)襯；而測量各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)，則特別適合用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做內(nèi)襯。
2安裝條件的影響流場分布
2.1對電磁流量計測量的影響
流體在管道中流動時，一般有兩種流動狀態(tài)，即層流流動和湍流流動。層流流動時，管內(nèi)流體分層流動，各流層之間相互不混雜而平行于管道軸線流動，流層間沒有流體質(zhì)點的相互交換，流體通過一段管道的壓力降與流量成正比。而湍流流動時，管內(nèi)流體不再分層流動，流體質(zhì)點除了沿管道軸線方向運動外，還有劇烈的徑向運動，流體通過一段管道的壓力降與流量的平方成正比。
在實際應(yīng)用中，出于工藝流程的需要，往往需要在管道中加上彎頭、閥門、減縮管、漸擴管等阻流件，流體流經(jīng)這些阻流件之后，流場會發(fā)生較大的變化。為了較好的觀察流體流經(jīng)阻流件之后的流場速度分布，選取90°彎頭和漸縮管為研究對象，90°彎頭的模型和網(wǎng)格劃分如圖1所示。管道直徑為100mm，彎頭處的曲率半徑為200mm。為了保證流體經(jīng)過彎頭時已充分發(fā)展，彎頭上游有10D直管段，并且彎頭下游有70D直管段。
電磁流量計對流場的分布沒有嚴格的要求，因此相比于超聲流量計，電磁流量計對于上游直管段的要求不需要太長。流體在通過彎頭時流場會發(fā)生一定的改變，通過彎頭之后還需要經(jīng)過一定的直管段流場才能重新恢復(fù)。同樣，流體在通過其他上游阻流件如漸縮管、漸擴管、閥門等同樣也會發(fā)生流場的畸變，需要經(jīng)過一定的直管段之后，流場才能重新恢復(fù)，達到電磁流量計測量對流場分布的要求。儀表上游阻流件的影響導(dǎo)致流場的畸變，需要經(jīng)過一定的直管段才能得到恢復(fù)。制造廠也通過不斷的優(yōu)化電磁流量計的結(jié)構(gòu)以減小其對流場的依賴，經(jīng)過不斷的努力，現(xiàn)在使用的電磁流量計需要一定的前直管段，但也無需太長。大量的實驗表明，一般電磁流量計上游仍然要有5到10倍管徑的直管段。
2.2電磁流量計安裝位置的影響
傳感器安裝位置的選擇是保證電磁流量計正常運行的關(guān)鍵，所以在選擇安裝位置時應(yīng)考慮下列因素：
?。?）根據(jù)電磁流量計的測量原理可知，被測流體的流速必須軸對稱分布才能保證流量計正常運行，否則容易引起流量計指示不穩(wěn)，所以安裝位置的選擇必須使介質(zhì)滿管且保證直管段的要求（一般前5D后3D）。
?。?）為避免氣泡的影響，安裝位置不宜選擇在易積聚氣體的流體管道的高點，垂直安裝時，應(yīng)選擇流體由下而上的位置。當流體出口為放空狀態(tài)時，傳感器不應(yīng)安裝在管道放空之處，應(yīng)安裝在較低處，并使流體滿管。
?。?）電磁流量計的測量原理就決定了其易受外界電磁干擾的影響，為避免電磁場干擾，安裝位置應(yīng)盡可能地遠離有強電磁場的大功率用電設(shè)備如大機電、大變壓器等。另外，安裝時流量計應(yīng)很好的接地，信號線選用屏蔽線并穿管進行保護。
（4）為避免負壓及管道的震動對流量計的影響，安裝位置不宜選擇在泵的進口或地面有強烈的震動處。如管道振動大，在傳感器兩邊應(yīng)加裝固定管道的支架，以減少震動的影響。（5）被測介質(zhì)中含有固體顆粒時，水平安裝會使襯里和電極過分磨蝕，也會使測量管內(nèi)徑被磨變大，從而產(chǎn)生較大的測量誤差，此時應(yīng)該選擇垂直安裝。
2.3阻流件的影響在前直管段為20D、10D、5D的各工況中，幾乎所有工況對流量計的測量性能影響都在允許的0.5%誤差范圍內(nèi)；當前直管段小于5D時，各工況表現(xiàn)出對流量計測量性能影響的差異不同，其中阻流件為DN100球閥+不在同一平面45°雙彎頭、DN100球閥+DN100單彎頭、DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭時，對電磁流量計測量性能影響較大?？傮w來看，電磁流量計在復(fù)雜工況下所需的前直管段比較短，保守估計，前直管段為10D時均能滿足所有工況時的測量精度。
總之，如果流量計在現(xiàn)場使用時沒有正確安裝，例如直管段長度不夠、管徑內(nèi)液體不是理想液體、環(huán)境溫度超出流量計正常使用范圍，都有可能對流量計的測量結(jié)果造成極大的影響，可是現(xiàn)場條件未必能像實驗室的安裝條件一樣理想，這就需要使用單位對流量計的性能作必要的了解和對現(xiàn)場安裝條件的嚴格把關(guān)。
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