摘要:流量傳感器是把流過管道內(nèi)的導(dǎo)電液體的體積流量轉(zhuǎn)換為線性電信號(hào)的流量計(jì)。其轉(zhuǎn)換原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)體通過磁場,切割電磁線,產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。流量傳感器的磁場是通過勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)的,分直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和低頻方波勵(lì)磁。其結(jié)構(gòu)簡單說是由流量傳感器和變送器組成。
1概述
電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)定律工作的,用來測(cè)量電導(dǎo)率大于5us/cm的導(dǎo)電液體的流量,是一種測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)流量的儀表。除了可以測(cè)量一般導(dǎo)電液體的流量外,還可以用于測(cè)量強(qiáng)酸堿等腐蝕性液體和均勻含有液固兩相懸浮的液體,如泥、礦、紙漿等。
采用電磁感應(yīng)原理測(cè)量流體流速的電磁流量計(jì),在管道的兩側(cè)加一個(gè)磁場,被測(cè)介質(zhì)流過管道就切割磁力線,在兩個(gè)檢測(cè)電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),其大小正比于流體的運(yùn)動(dòng)速度?梢杂糜跍y(cè)量酸堿鹽溶液、水煤漿、礦漿、合成纖維漿和感光乳膠等流量 [1] 。
2技術(shù)原理
2.1 工作原理
電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計(jì)中,測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿,上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時(shí),則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯(橡膠,特氟隆等)實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電極的電磁隔離。
2.2 測(cè)量原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí),在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢(shì)e,其方向由右手定則確,其大小與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L及導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度u成正比,如果B,L,u三者互相垂直,則e=Blu。
與此相仿,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中,垂直于磁場方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道,當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動(dòng)時(shí),導(dǎo)電流體就切割磁力線。如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對(duì)電極則可以證明,只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布,兩電極之間也產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):e=BD式中,為管道截面上的平均流速。由此可得管道的體積流量為:qv=4BLV/πD2由上式可見,體積流量qv與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和測(cè)量管內(nèi)徑D呈線性關(guān)系,與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比,與其他物理參數(shù)無關(guān),這就是電磁流量計(jì)的測(cè)量原理。
需要說明的是,要使式qv=4BLV/πD2嚴(yán)格成立,必須使電磁流量計(jì)測(cè)量條件滿足下列假定:
(1)磁場是均勻分布的恒定磁場;
(2)被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布;
(3)被測(cè)液體是非磁性的;
(4)被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性 [2] 。
3電磁流量計(jì)特點(diǎn)?
(1)測(cè)量精度不受流體密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響,傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線性關(guān)系,因此測(cè)量精度高。
(2)測(cè)量管道內(nèi)無阻流件,因此沒有附加的壓力損失;測(cè)量管道內(nèi)無可動(dòng)部件,因此傳感器壽命極長。
(3)由于感應(yīng)電壓信號(hào)是在整個(gè)充滿磁場的空間中形成的,是管道載面上的平均值,因此傳感器所需的直管段較短,長度為5倍的管道直徑。
(4)傳感器部分只有內(nèi)襯和電極與被測(cè)液體接觸,只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料,即可耐腐蝕和耐磨損。
(5) LDE轉(zhuǎn)換器采用單片機(jī)(MCU)和表面貼裝技術(shù)(SMT),性能可靠,精度高,功耗低,零點(diǎn)穩(wěn)定,參數(shù)設(shè)定方便。點(diǎn)擊中文顯示LCD,顯示累積流量,瞬時(shí)流量、流速、流量百分比等。
(6)雙向測(cè)量系統(tǒng),可測(cè)正向流量、反向流量。采用特殊的生產(chǎn)工藝和優(yōu)質(zhì)材料,確保產(chǎn)品的性能在長時(shí)候內(nèi)保持穩(wěn)定 [3] 。
4安裝時(shí)需注意的事項(xiàng)
電磁流量傳感器外殼防護(hù)等級(jí)一般是IP65(國際GB4208外殼防護(hù)等級(jí)——防塵防碰水級(jí)),其安裝主要要求是:
(1)變送器可垂直,水平,傾斜安裝,應(yīng)保證滿管條件,即應(yīng)安裝在任何時(shí)候測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)部能充滿液體,以防止由于測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)沒有液體而指針不在零位造成的錯(cuò)覺。最好垂直安裝,使液體自下而上流經(jīng)儀表,如不能垂直安裝時(shí),也可以水平安裝,但要使兩電極在同一水平而上。
(2)變送器和轉(zhuǎn)換器必須使用同一電源。
(3)變送器上游側(cè)應(yīng)有不小于5D的直管段,當(dāng)有閥門,擴(kuò)大管時(shí)應(yīng)加長到10D。上游的截止閥應(yīng)全開,不能全開時(shí),閥應(yīng)按截流方向(即插入方向)和電極軸成45度的角設(shè)置。調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝在下游側(cè)。為防止液體擾動(dòng),擴(kuò)大管的圓錐角應(yīng)小于15度。
(3)傳感器應(yīng)安裝在干燥通風(fēng)的地方,避免潮濕、容易積水受淹,還應(yīng)避免陽光直射和雨水直接淋澆。
(4)盡可能避免安裝在周圍環(huán)境溫度過高的地方。
(5)安裝傳感器的管道上應(yīng)無較強(qiáng)的漏電流,應(yīng)盡可能地遠(yuǎn)離有強(qiáng)電磁場的設(shè)備,如大機(jī)電、大變壓器等,以免引起電磁場干擾:
(6)安裝傳感器的管道或地面不應(yīng)有強(qiáng)烈的震動(dòng),特別是一體型儀表;
(7)安裝傳感器的地點(diǎn)要考慮工作人員現(xiàn)場維修的空間。
5電磁流量計(jì)的投運(yùn)步驟
(1)打開閥門,使液體充滿系統(tǒng)。
(2)排除泄露點(diǎn)。如法蘭一側(cè)出現(xiàn)泄露,可將對(duì)側(cè)法蘭
螺栓每次松半扣,同時(shí)相應(yīng)上緊泄露側(cè)螺栓。
(3)排除系統(tǒng)內(nèi)殘留氣體。
(4)接通變送器和轉(zhuǎn)換器的電源,通電預(yù)熱。
(5)關(guān)閉閥門,使變送器內(nèi)充滿液態(tài)。
(6)檢查調(diào)整轉(zhuǎn)換器零點(diǎn)。
(7)重新打開閥門,達(dá)到100%流量,檢查輸出是否正確和穩(wěn)定。
6結(jié)束語
現(xiàn)如今我國多數(shù)工廠是采用國產(chǎn)電磁流量計(jì),其性能指標(biāo)較以往有了較大進(jìn)步,但和國外產(chǎn)品相比還有進(jìn)步的空間,所以提高電磁流量計(jì)的測(cè)量精度和質(zhì)量,降低維護(hù)費(fèi)用,是現(xiàn)階段以及今后的主要發(fā)展方向。
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