淺析電磁流量計(jì)測(cè)量誤差的影響因素及其對(duì)策

電磁流量計(jì)主要用于測(cè)量封閉管道中導(dǎo)電液體和漿液的體積流量，技術(shù)成熟而且應(yīng)用廣泛。電磁流量計(jì)在流量計(jì)量中發(fā)揮著巨大的作用，在實(shí)際應(yīng)用中，電磁流量計(jì)經(jīng)常因?yàn)樵O(shè)備選型、安裝或使用不當(dāng)，引起測(cè)量誤差增大、示值不穩(wěn)?；诖?，首先闡述了電磁流量計(jì)的工作原理以及電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及其應(yīng)用原則，論述了選型不當(dāng)而導(dǎo)致后期出現(xiàn)測(cè)量誤差，對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量誤差的影響因素及其對(duì)策進(jìn)行了探討分析。

1 .電磁流量計(jì)的工作原理

電磁流量計(jì)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表，基于法拉第電磁感應(yīng)定律，通過磁場(chǎng)作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直于磁場(chǎng)及流速的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其感應(yīng)電勢(shì)正比于平均流速。電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測(cè)流量范圍大。

2. 電磁流量計(jì)的特點(diǎn)及其應(yīng)用原則

2.1 電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)（1）測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件和阻流體，因而無(wú)壓損，無(wú)機(jī)械慣性，所以反應(yīng)十分靈敏。（2）測(cè)量范圍寬，量程比一般為 10：1，最高可達(dá) 100：1。流速范圍一般為 1～6m/s，也可擴(kuò)展到 0.5～10m/s。測(cè)量范圍可測(cè)每小時(shí)幾十毫米到十幾萬(wàn)立方米。測(cè)量管徑范圍從 2mm 到 2400mm，甚至可達(dá)3000mm。（3）可測(cè)含有固體顆粒、懸浮物（如礦漿、煤粉漿等）或酸、堿、鹽溶液等具有一定電導(dǎo)率的液體體積流量，也可測(cè)脈動(dòng)流量，并可進(jìn)行雙向測(cè)量。

2.2 電磁流量計(jì)的缺點(diǎn)（1）使用溫度和壓力不能太高。具體使用溫度與管道襯里的材料發(fā)生膨脹、變形、變質(zhì)的溫度有關(guān)，一般不超過120℃；最高使用壓力取決于管道強(qiáng)度、電極部分的密閉狀況以及法蘭的規(guī)格等，一般使用壓力不超過 1.6MPa。（2）應(yīng)用范圍有限。電磁流量計(jì)不能用來(lái)測(cè)量氣體、蒸汽和石油制品等非導(dǎo)電流體的流量。

2.3 電磁流量計(jì)應(yīng)用的原則（1）傳感器測(cè)量管在使用中被測(cè)介質(zhì)必須滿管工作；（2）被測(cè)介質(zhì)在測(cè)量管中必須處于低電位；（3）安裝位置不會(huì)在測(cè)量管內(nèi)造成負(fù)壓；（4）安裝位置不會(huì)使測(cè)量管內(nèi)存在氣泡；（5）在測(cè)量管中介質(zhì)電導(dǎo)率分布要求大體均勻；（6）被測(cè)介質(zhì)為混合物時(shí)，其在測(cè)量管中的分布應(yīng)力求均勻。

3 .選型不當(dāng)導(dǎo)致測(cè)量誤差

3.1 待測(cè)液體流速

電磁流量計(jì)可測(cè)的流速范圍一般為 0.5～10m/s，經(jīng)濟(jì)流速范圍為 1.5～3m/s。實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)待測(cè)流量大小及電磁流量計(jì)可測(cè)流速范圍來(lái)確定測(cè)量管內(nèi)徑。

3.2 電極及襯里材料選擇電極及襯里材料直接與待測(cè)液體接觸，應(yīng)根據(jù)待測(cè)液體

的特性（如腐蝕性、磨蝕性等）及工作溫度選擇電極及襯里材料，如選擇不當(dāng)，則會(huì)造成附著速度快、腐蝕、結(jié)垢、磨損、襯里變形等問題，進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

3.3 勵(lì)磁穩(wěn)定性

電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式有直流勵(lì)磁、交流正弦波勵(lì)磁和雙頻矩形波勵(lì)磁等，直流勵(lì)磁容易產(chǎn)生電極極化和直流干擾問題，交流正弦勵(lì)磁容易引起零點(diǎn)變動(dòng)，而雙頻矩形波勵(lì)磁既有低頻矩形波勵(lì)磁優(yōu)良的零點(diǎn)穩(wěn)定性，又有高頻矩形波勵(lì)磁對(duì)流體噪聲較強(qiáng)的抑制能力，是一種較理想的勵(lì)磁方式。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)盡量保證電源電壓和頻率的穩(wěn)定，以確保磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定，減小由于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化引起的測(cè)量誤差。

3.4 混合相流體流量測(cè)量用電磁流量計(jì)測(cè)量液固混合相流體（如含泥沙的水）的流量時(shí)，如果選用由單相液體校準(zhǔn)的電磁流量計(jì)，則會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，此時(shí)應(yīng)選擇不會(huì)引起液固相分離的直管段處安裝傳感器。

4 .電磁流量計(jì)測(cè)量誤差的影響因素及其對(duì)策

4.1 待測(cè)液的影響因素（1）待測(cè)液體中含有氣泡。這是一種常見現(xiàn)象，氣泡的形成有外界吸入（如泵軸密封性變壞、負(fù)壓端管道連接墊圈泄露等）或液體中溶解氣體（空氣）轉(zhuǎn)變成游離狀氣泡析出兩種途徑，此時(shí)測(cè)量結(jié)果為包括氣泡體積的流量，這就導(dǎo)致了測(cè)量誤差，同時(shí)，如果氣泡直徑大于或等于電極直徑，還可造成測(cè)量值不穩(wěn)定，使測(cè)量顯示值波動(dòng)。對(duì)策：更換安裝位置；若安裝位置不易更換，可在流量計(jì)上游安裝集氣器，定期排氣。（2）待測(cè)液體非滿管。非滿管是含有氣泡的一種極端情況，此時(shí)，如果液面高于電極水平面，前后直管段（可取前 10D，后 5D）比較理想，測(cè)量一般是穩(wěn)定的，但測(cè)量結(jié)果包含了管內(nèi)上半部的氣體體積，測(cè)量誤差大；如果液面低于電極水平面，則測(cè)量回路處于開路狀態(tài)，測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失真。對(duì)策：盡量將電磁流量計(jì)安裝在自下而上流動(dòng)的垂直管道上；很多情況下電磁流量計(jì)水平安裝，此時(shí)應(yīng)安裝在管道最低端，且電極軸線應(yīng)平行于地平線（否則處于低位的電極易被沉積物覆蓋）；傳感器應(yīng)安裝在泵的下游、控制閥的上游，以防止測(cè)量管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓；傳感器安裝口應(yīng)有一定的背壓，別離直接排放口太近；選用新型電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量非滿管等自由表面自由流動(dòng)液體流量。（3）待測(cè)液體電導(dǎo)率劇變。如果被測(cè)液體電導(dǎo)率高頻率大幅度劇變，則會(huì)造成顯示值高頻大幅波動(dòng)，甚至無(wú)法正常監(jiān)視或相應(yīng)控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。對(duì)策：從流量計(jì)下游注入化學(xué)物質(zhì)，如果必須從上游注入時(shí)，則要在上游裝上足以完成化學(xué)反應(yīng)或保證物料充分混合的直管段或反應(yīng)器，以保證混合分布足夠均勻。（4）待測(cè)液體電導(dǎo)率太低。被測(cè)液體電導(dǎo)率降低，會(huì)增加電極的輸出阻抗，并由轉(zhuǎn)換器輸入阻抗引起負(fù)載效應(yīng)而產(chǎn)生測(cè)量誤差，如果實(shí)際電導(dǎo)率低于下限值（一般為 5μS/cm），則儀器不能正常工作，示值會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。對(duì)策：選用其它滿足要求的低電導(dǎo)率電磁流量計(jì)，如電容式電磁流量計(jì)；選用其它原理流量計(jì)，如孔板等。（5）待測(cè)液體非對(duì)稱流動(dòng)。通常要求流體在管道內(nèi)流速為軸對(duì)稱分布，磁場(chǎng)均勻。而實(shí)際上常會(huì)出現(xiàn)非軸對(duì)稱流速分布，任一流向可分為兩種流動(dòng)的組合：一種是沿管道軸線的直線流，它對(duì)管道橫截面的積分為待測(cè)液體的體積流量；另一種是純粹的旋渦流，它對(duì)管道橫截面的積分為零，如旋渦流對(duì)輸出產(chǎn)生影響，即產(chǎn)生誤差。對(duì)策：上游有足夠的直管段（5D 以上，視具體情況而定），以保證流速按同心圓分布；流量計(jì)內(nèi)徑應(yīng)與上下游一定范圍內(nèi)的管道內(nèi)徑相同，否則會(huì)使流速分布不均勻；如果上游直管段不足，可安裝流量調(diào)節(jié)器，這樣只能作部分補(bǔ)償。

（6）測(cè)量管內(nèi)有附著層。電磁流量計(jì)在測(cè)量有易粘附、沉淀、結(jié)垢等非清潔流體的流量時(shí)，電極表面和管道內(nèi)壁常會(huì)受到污染。若附著層電導(dǎo)率與流體電導(dǎo)率相近，則不會(huì)產(chǎn)生原理性誤差，儀表示值還能正常，只是流體實(shí)際流通面積有所減?。蝗舾街鴮訛楦唠妼?dǎo)率物質(zhì)，則會(huì)使傳感器二電極間電阻變的很小，甚至短路，輸出顯示負(fù)偏差，甚至不能正常工作；若附著層為絕緣性物質(zhì)，則電極間阻抗增加甚至開路，使誤差增大，甚至不能正常工作。對(duì)策：盡量選用玻璃或聚四氯乙烯等難附著沉淀的襯里；定期清洗，可采用機(jī)械法或化學(xué)法；流速不低于 2m/s，最好提高到 3～4m/s 以上，這樣在一定程度上可起到自動(dòng)清洗管道的目的，防止粘附沉淀。

4.2 干擾因素

（1）空間電磁波干擾。因傳感器與轉(zhuǎn)換器間的電纜較長(zhǎng)且周圍有強(qiáng)電磁干擾，則電纜可能引入干擾信號(hào)，形成共模干擾，造成顯示失真、非線性或大幅晃動(dòng)。對(duì)策：遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)（如大電機(jī)、大變壓器和電力電纜附近）；縮短電纜長(zhǎng)度；采用屏蔽措施，包括采用符合要求的屏蔽電纜和將電纜單獨(dú)穿在接地鋼管內(nèi)（不能與電源線同穿于一根管內(nèi)）。（2）傳感器接地。因傳感器的輸出信號(hào)很小，通常只要幾毫伏，為了提高抗干擾能力，傳感器的零電位必須單獨(dú)可靠接地，且傳感器輸出信號(hào)接地點(diǎn)應(yīng)與被測(cè)流體電氣連接。傳感器的接地電阻應(yīng)小于 10Ω，在連接傳感器的管道內(nèi)涂有絕緣層或采用非金屬管道時(shí)，傳感器兩側(cè)應(yīng)安裝接地環(huán)，并可靠接地，以使流體接地，流體電位與地電位相同。（3）連接電纜。電磁流量計(jì)是由特定的電纜將傳感器和轉(zhuǎn)換器連成一個(gè)系統(tǒng)，電纜長(zhǎng)度、絕緣情況、屏蔽層數(shù)、分布電容及導(dǎo)體橫截面積等都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的還可能使流量計(jì)無(wú)法正常工作。對(duì)策：電纜越短越好，其長(zhǎng)度應(yīng)在允許的范圍之內(nèi)，最大長(zhǎng)度由待測(cè)液體電導(dǎo)率、屏蔽層數(shù)、分布電容及導(dǎo)體橫截面積等決定；應(yīng)避免中間接頭，末端應(yīng)處理好、連接好；

盡量使用規(guī)定型號(hào)的電纜。

5.結(jié)束語(yǔ)

電磁流量計(jì)是一種使用范圍非常廣泛的流量檢測(cè)儀表

設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中起著測(cè)量和控制的作用，及時(shí)

解決電磁流量計(jì)測(cè)量的影響因素，提高測(cè)量精度和準(zhǔn)確性，對(duì)保證生產(chǎn)過程的測(cè)量和控制有著重要意義。