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一體式電磁流量計選型要點及優缺點介紹

一體式電磁流量計選型要點:

1 應用概況
    EMF應用領域廣泛。大口徑儀表較多應用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所,如測量造紙工業紙漿液和黑液、有色冶金業的礦漿、選煤廠的煤漿、化學工業的強腐蝕液以及鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制和監漏,長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫藥工業、食品工業、生物工程等有衛生要求的場所。
2精度等級和功能
     市場上通用型EMF的性能有較大差别,有些精度高、功能多,有些精度低、功能簡單。精度高的儀表基本誤差為(±0.5%~±1%)R,精度低的儀表則為(±1.5%~±2.5%)FS,兩者價格相差1~2倍。因此測量精度要求不很高的場所(例如非貿易核算僅以控制為目的,隻要求高可靠性和優良重複性的場所)選用高精度儀表在經濟上是不合算的。
     有些型号儀表聲稱有更高的**度,基本誤差僅(±0.2%~±0.3%)R,但有嚴格的安裝要求和參比條件,例如環境溫度20~22℃,前後置直管段長度要求分别大于10D,3D(通常為5D,2D)甚至提出流量傳感器要與前後置直管組成一體在流量标準裝置上作實流校準,以減少夾裝不善的影響。因此在多種型号選擇比較時不要單純隻看高指标,要詳細閱讀制造廠樣本或說明書做綜合分析。
    市場上EMF的功能差别也很大,簡單的就隻是測量單向流量,隻輸出模拟信号帶動後位儀表;多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小信号切除、流量顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機通信和運動組态等。有些型号儀表的串行數字通信功能可選多種通信接口和專用芯片(ASIC),以連接HART協議系統、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現場總線等。
3流速、滿度流量、範圍度和口徑
    選定儀表口徑不一定與管徑相同,應視流量而定。流程工業輸送水等粘度不同的液體,管道流速一般是經濟流速1.5~3m/s。EMF用在這樣的管道上,傳感器口徑與管徑相同即可。
    EMF滿度流量時液體流速可在1~10m/s範圍内選用,範圍是比較寬的。上限流速在原理上是不受限制的,然而通常建議不超過5m/s,除非襯裡材料能承受液流沖刷,實際應用很少超過7m/s,超過10m/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為1m/s,有些型号儀表則為0.5m/s。有些新建工程運行初期流量偏低或在流速偏低的管系,從測量精度角度考慮,儀表口徑應改用小于管徑,以異徑管連接之。
用于有易粘附、沉積、結垢等物質的流體,選用流速不低于2m/s,*好提高到3~4m/s或以上,起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強的流體,常用流速應低于2~3m/s ,以降低對襯裡和電極的磨損。
    在測量接近阈值的低電導液體,盡可能選定較低流速(小于0.5~1m/s),因流速提高流動噪聲會增加,而出現輸出晃動現象。
    EMF的範圍度是比較大的,通常不低于20,帶有量程自動切換功能的儀表,可超過50~100。
國内可以提供的定型産品的口徑從10mm到3000mm,随然實際應用還是以中小口徑居多,但與大部分其他原理流量儀表(如容積式、渦輪式、渦街式或科裡奧利質量式等)相比,大口徑儀表占有較大比重。某企業近萬台儀表中,50mm以下小口徑、65~250mm中口徑、300~900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分别占37%、45%、15%和3%。
4液體電導率
    使用EMF的前提是被測液體必須是導電的,不能低于阈值(即下限值)。電導率低于阈值會産生測量誤差直至不能使用,超過阈值即使變化也可以測量,示值誤差變化不大,通用型EMF的阈值在10-4~(5×10-6)S/cm之間,視型号而異。使用時還取決于傳感器和轉換器間流量信号線長度及其分布電容,制造廠使用說明書中通常規定電導率相對應的信号線長度。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測電導率低至5×10-8S/cm的液體。
    工業用水及其水溶液的電導率大于10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導率在10-4~10-1S/cm之間,使用不存在問題,低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問題。石油制品和有機溶劑電導率過低就不能使用。表1列出若幹液體的電導率。從資料上查到有些純液或水溶液電導率較低,認為不能使用,然而實際工作中會遇到因含有雜質而能使用的實例,這類雜質對增加電導率有利。對于水溶液,資料中的電導率是用純水配比在實驗室測得的,實際使用的水溶液可能用工業用水配比,電導率将比查得的要高,也有利于流量測量。
表1 若幹液體在20℃時的電導率 

液體名稱 電導率 液體名稱 電導率 液體名稱 電導率
石油 (3~5)×10-13
丙酮 (2~6)×10-8
純水,高度蒸餾水4×10-8
苯 7.6×10-8
液氨 1.3×10-7
甲醇 (4.4~7.2)×10-7
飲用水 ≈10-4
海水 ≈4×10-2
硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3
氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4
氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2
食鹽水(2.5%) 2×10-1
   根據使用經驗,實際應用的液體電導率*好要比儀表制造廠規定的阈值至少大一個數量級。因為制造廠儀表規範規定的下限值是在各種使用條件較好狀态下可測量的*低值。是受到一些使用條件限制,如電導率均勻性、連接信号線、外界噪聲等,否則會出現輸出晃動現象等。我們就多次遇到測量低度蒸餾水或去離子水,其電導率接近阈值5×10-6S/cm,使用時出現輸出晃動。
5液體中含有混入物
   混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作,但測得的是含氣泡體積的混合體積流量;如氣體含量增加到形成彈(塊)狀流,因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時斷開,出現輸出晃動甚至不能正常工作。
含有非鐵磁性顆粒或纖維的固液雙相流體同樣可測得二相的體積流量。固體含量較高的流體,如鑽井泥漿、鑽探固井水泥漿、紙漿等實際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動,兩者之間有滑動,速度上有差别,單相液體校驗的儀表用于固液雙相流體會産生附加誤差。雖然還未見到EMF應用于固液雙相流體中固形物影響的系統實驗報告,但國外有報告稱固形物含量有14%時誤差在3%範圍以内;我國黃河水利委員會水利科學研究所的實驗報告稱,測量高沙含量水的流量,含沙量體積比17%~40%(沙中值粒徑0.35mm),儀表測量誤差小于3%。
   在漿液内有較大顆粒擦過電極表面,在頻率較低的矩形激磁的EMF中會産生尖峰狀漿液噪聲,使流量信号不穩,就要選用較高頻率的儀表或有較強抑制漿液噪聲能力的儀表,也可選用市電交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。
   含有鐵磁性物質的流體對通常的EMF,因測量管内磁導率受鐵磁體的不同含量而變化,會産生測量誤差。但在磁路中置有磁通檢測線圈補償的EMF,可減小混入鐵磁體的影響。上海光華儀表廠在交流激磁儀表的實驗報告中稱,水中含有液固重量比約4:1,顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿,以80mm口徑儀表作清水和漿液對比流量試驗,通常的儀表示值變化7%~10%,裝有磁通檢測線圈的儀表,示值誤差在±2%FS以内。
   對含有礦石顆粒的礦漿應用,應注意對傳感器襯裡的磨損程度,測量管内徑擴大會産生附加誤差。這種場合應選用耐磨性較好的陶瓷襯裡或聚氨酯橡膠襯裡,同時建議傳感器安裝在垂直管道上,使管道磨損均勻,消除水平安裝下半部局部磨損嚴重的缺點。也可以在傳感器進口端加裝噴嘴形護套,相對延長使用期。
6 附着和沉澱
   測量易在管壁附着和沉澱物質的流體時,若附着的是比液體電導率高的導電物質,信号電勢将被短路而不能工作,若是非導電層則首先應注意電極的污染,譬如選用不易附着尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動刮出沉垢。國外産品曾有電極上裝超聲波換能器,以**表面垢層,但現已少見。也有暫時斷開測量電路,在電極簡短時間内流過低壓大電流,焚燒**附着油脂類附着層。易産生附着的場所可提高流速以達到自清掃的目的,還可以采取較方便的易清洗的管道連接,可不拆卸清洗傳感器。
   非接觸型電極 EMF附着非導電膜層,儀表仍能工作,但若為高導電層則同樣不能工作。
7 與流體接觸零部件材料的選擇
與流體接觸的傳感器零部件有襯裡(或絕緣材料制成的測量管)、電極、接地環和密封墊片,其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對流體的适應性。由于零部件少,形狀簡單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對流體的适應性強。
(1) 襯裡材料(或直接與介質接觸的測量管)
常用襯裡材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁999.7%AI2O3)陶瓷制成襯裡的,但隻限中小口徑傳感器。
   氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業用水、廢污水及弱酸堿,價格*為低廉。氟塑料具有優良的耐化學腐蝕性,但耐磨性差,不能用于測量礦漿液。氟塑料中*早應用的是聚四氟乙烯,因與測量管間僅靠壓貼,無粘結力,不能用于負壓管道,後開發各種改性品種,實現注塑成形,與測量管有較強結合力,可用于負壓, 聚氨酯橡膠有極好的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當于天然橡膠的10倍,适用于煤漿、礦漿等;介質溫度要低于40~60/70℃。氧化鋁陶瓷有極好的耐磨耗性和對強酸堿的耐磨腐蝕性,耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍,适用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆,安裝夾緊時疏忽易碎,可用于較高溫度(120~140/180℃)但要防止溫度劇變,如通蒸汽**,一般溫度突變不能大于100℃,升溫150℃ 要有10min時間。
   通用型EMF幾種材料的壓力溫度大體适用範圍可參閱圖4。

(2) 電極和接地環材料
   電極對測量介質的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會産生鈍化等表面效應和所形成的噪聲。
1)選擇耐腐蝕材料 EMF電極的耐腐蝕性要求很高,常用金屬材料有含钼耐酸鋼Icr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C、钛、钽、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學液。此外還有适用于漿液等的低噪聲電極,它們是導電橡膠電極、導電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。在原則上電極材料的選擇應從使用者借鑒該介質在其他設備的應用實際和以往的經驗來确定。有時後要做必要的實驗,如現場取液體樣品在實驗室做待用材料的腐蝕性試驗。*好的實驗是現場挂片,這是*接近實際應用條件的腐蝕性試驗,可以得出比較可靠能否适用的結論。
2)避免電極表面效應 電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時候電極材料對被測介質有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是适用的材料,還要避免産生電極表面效應。
電極表面效應分為表面化學反應、電化學和極化現象以及電極的觸媒作用三個方面。
   化學反應效應如電極表面與被測介質接觸後,形成鈍化膜或氧化層。他們對耐腐蝕性能可能起到積極保護作用,但也有可能增加表面接觸電阻。例如钽與水接觸就會被氧化,生成絕緣層。
對于避免或減輕電極表面效應的介質------電極材料匹配,還沒有像腐蝕性那樣有充足的資料可查,隻有一些有限經驗,尚待在實踐中積累。
   接地環連接在塑料管道或襯絕緣襯裡金屬管道的流量傳感器兩端,他們的耐腐蝕要求比電極低,充分有一定腐蝕,定期更換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經濟上考慮較少采用钽鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環。

一體式電磁流量計優缺點介紹:
一體式電磁流量計優 點
EMF的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管,因不易阻塞适用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體,如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。
   EMF不産生因檢測流量所形成的壓力損失,儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力,節能效果顯著,對于要求低阻力損失的大管徑供水管道*為适合。
   EMF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(隻要在某阈值以上)變化明顯的影響。
   與其他大部分流量儀表相比,前置直管段要求較低。
   EMF測量範圍度大,通常為20:1~50:1,可選流量範圍寬。滿度值液體流速可在0.5~10m/s内選定。有些型号儀表可在現場根據需要擴大和縮小流量(例如設有4位數電位器設定儀表常數)不必取下作離線實流标定。
EMF的口徑範圍比其他品種流量儀表寬,從幾毫米到3m。可測正反雙向流量,也可測脈動流量,隻要脈動頻率低于激磁頻率很多。儀表輸出本質上是線性的。
  易于選擇與流體接觸件的材料品種,可應用于腐蝕性流體。
一體式電磁流量計缺 點
EMF不能測量電導率很低的液體,如石油制品和有機溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。
   通用型EMF由于襯裡材料和電氣絕緣材料限制,不能用于較高溫度的液體;有些型号儀表用于過低于室溫的液體,因測量管外凝露(或霜)而破壞絕緣。