电磁流量计的发展及应用问题
2016-02-24
概述
流量测量方法和仪表的种类功率计繁多，分类方法也很多。至今为止，可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因，就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。
这60多种流量仪表，每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局限性。常按测量对象划分为封闭管道和明渠两大类，也有按测量目的分为总量表和流量计。本文着重介绍目前国内应用最广的电磁流量计，阐述电磁流量计的工作原理、使用特点、应用概况及国内外的发展情况。
电磁流量计的发展
电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。电磁流量计有一系列优良特性，可以解决其它流量计不易应用的问题，如脏污流、腐蚀流的测量。70、80年代电磁流量在技术上有重大突破，使它成为应用广泛的一类流量计，在流量仪表中其使用量百分数不断上升。
电磁流量计优、缺点
电磁流量计的优点：
电磁流量计测量通道是段光滑直管，因此不会有阻塞现象，适用于测量含固体颗粒的液固二相流体，如纸浆、泥浆、污水等；电磁流量计不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好；电磁流量计所测得的体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响；电磁流量计的流量范围大，口径范围宽；电磁流量计可应用于腐蚀性流体的测量。
电磁流量计缺点：
电磁流量计不能测量电导率很低的液体，如石油制品；电磁流量计不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；电磁流量计不能用于较高温度。
电磁流量计应用概况
电磁流量计应用领域广泛，大口径仪表较多应用于给排水工程；中小口径常用于高要求或难测的场合，如钢铁工业高炉风口冷却水控制，造纸工业测量纸浆液和黑液，化学工业的强腐蚀液，有色冶金工业的矿浆；小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。电磁流量计从50年代初进入工业应用以来，使用领域日益扩展，80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占16%~20%。我国近年来发展相当迅速，1994年销售估计为6500~7500台。国内已生产最大口径为2~6m的电磁流量计，并有实流校验口径3m的设备能力。
电磁流量计应用问题
虽然电磁流量计具有诸多优点，但也常出现故障。电磁流量计故障常见的有二大类：第一类为仪表本身故障，即仪表结构件或元器件损坏引起的故障；第二类为外界原因引起的故障，如安装不妥流动畸变，沉积和结垢等。
按故障发生时间分为：调试期故障和运行期故障。
① 调试期故障：调试期故障出现在新装用后调试初期，主要原因是仪表选用或设定不当，安装不妥等。
② 运行期故障：运行期故障是在运行一段时期后出现，主要原因有流体中杂质附着电极衬里，环境条件变化出现新干扰源等。
③ 故障外界源头分析：一是管道系统和安装等方面引起的；二是使用环境方面发生变化引起的；三是流体变化引起的。
调试期故障
本类故障在电磁流量计初装调试时就出现，但一经改进排除故障，以后在相同条件下一般就不会再度出现。常见调试期故障主要有安装不妥、环境干扰、流体特性影响三方面原因。
1、管道系统和安装等方面
通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障，常见的如将流量传感器安装在易积聚留气体的管网高点；流量传感器后无背压，液体径直排入大气，形成其测量管内出现非满管现象；装在自上向下流的垂直管道上，可能出现排空。
2、环境方面
主要是管道杂散电流干扰，空间电磁波干扰，大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量，但如遇管道有强杂散电流（如电解车间管道）亦不一定能克服，须采取流量传感器与管道缘绝的措施。空间电磁波干扰一般经信号电缆弓入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护，但也曾遇到屏蔽保护还不能克服的。
3、流体方面
液体含有均匀分布细小气泡通常不影响正常测量，唯所测得体积流量是液体和气体两者之和；气泡增大会使输出信号波动，若气泡大到流过电极遮盖整个电极表面，使电极信号回路瞬时断开，输出信号将产生更大波动。低频如50/16Hz—50/6Hz矩形波激磁电磁流量计测量液体中含有固体超过一定含量时将产生浆液噪声，输出信号亦会有一定程度波动。
两种或两种以上液体作管道混合工艺时，若两种液体电导率（或各自与电极间电位）有差异，在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量，输出信号亦会产生波动。电极材质与被测介质选配不善，产生钝化或氧化等化学作用，电极表面形成绝缘膜，以及电化学和极化现象等，均会妨碍正常测量。
运行期故障
经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障，常见故障原因有：流量传感器内壁附着层，雷电击，测量环境条件变化。
1、内壁附着层
由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。
2、雷电击
雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流，进入仪表就会损坏仪表。雷电击损坏仪表有3个途径：电源线，传感器与转换器间的流量信号线和激磁线。但从雷电故障中损坏零部件的分析，引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的，其他两条途径较少。从发生雷击事故现场了解到，不仅电磁流量计出现故障，控制室中其他仪表电也常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。
3、环境条件变化
主要原因同上述调试期故障环境方面，只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计，调试期因无外界干扰源，仪表运行正常，然而在运行期出现新的干扰源（例如：测量点附近管道或较远处实施管道电焊，车辆过往频繁振动加大，管道旁新增高压电网等等），干扰了仪表正常运行，出现输出信号大幅度波动。
基于电磁流量计是导电性流体在磁场中运动所产生的感应电势来推算流体流量的测量仪表，其基本工作原理是电磁感应定律。因此，电磁耦合静电感应是电磁流量计干扰噪声的首要来源；被测流体介质特性产生的电化学干扰噪声是电磁流量计干扰燥声的第二来源；电磁流量计供电电源的电压和频率波动等电源干扰噪声是电磁流量计干扰噪声的第三来源。
（1）、工频干扰噪声
工频干扰噪声是由电磁流量传感器励磁绕组和流体、电极、放大器输入回路的电磁耦合，另外电磁流量计工作现场的工频共模干扰，其三供电电源引入的工频串模干扰等，其产生的物理机理均是电磁感应原理。因此，工频干扰噪声会严重影响电磁流量计的测量精度。
（2）、流体介质特性产生的电化学干扰噪声
电化学极化电势干扰是由于电极感生电动势在两极极性不同而导致电解质在电极表面极化的产生，虽然采用正负交变励磁磁场能显著减弱极化电势的数量级，但不能根本上完全消除极化电势干扰。例如，泥浆干扰，就是在测量泥浆、纤维浆等液固两相导电性流体流量时，固体颗粒或者气泡擦过电极表面，电极表面的接触电化学电势突然变化，电磁流量传感器输出信号出现尖峰脉冲状干扰噪声。又如，流体流动噪声，是在测量低导率液体（100vs/cm以下）流体流量时，电极的电化学电势定期波动，产生随流量增加而频率增加的随机干扰噪声。
（3）、供电电源性干扰
电磁流量计一般都采用工频交流电源供电，其电源电压的幅值和频率的变化都会给电磁流量计带来电源性干扰噪声。对电源电压的幅值变化，因采用多级集成稳压，一般而言电源电压的幅值变化对电磁流量的测量精度影响不大。但当电源电压的频率波动时，虽然其波动范围有限，但对电磁流量计测量精度影响较大。
电磁流量计的故障现象和检查流程
电磁流量计常见故障现象有：无流量信号/输出晃动/零点不稳/流量测量值与实际值不符/输山信号超满度值等。通常检查整个测量系统和判断故障的程序，包括电磁流量计本身的传感器和转换器以及连接两者的电缆，电磁流量计上位的工艺管道，下（后）位显示仪表连接电缆。
