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從使用場(chǎng)合認(rèn)識(shí)中能電磁流量計(jì) 1 前言 由于ZNE電磁流量計(jì)具有可靠性高、耐腐蝕性強(qiáng)、容易變更測(cè)量范圍等特點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外好多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用并重點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行開(kāi)發(fā). 2 使用情況 在我們所涉及的工程,例如輕工行業(yè)中ZNE電磁流量計(jì)常應(yīng)用在食品、造紙、精細(xì)化工和污水處理等行業(yè),用來(lái)測(cè)量乳液、番茄醬、啤酒、紙漿、填料、黑液、其他化學(xué)品等液體或具有氣液、液固兩相的液體流量.這些液體中除干凈液體外,大多為易粘、易堵、含氣泡、含固體顆粒,有的還具有強(qiáng)腐蝕性. 目前,ZNE電磁流量計(jì)具有傳感器、轉(zhuǎn)換器一體型和分離型二種結(jié)構(gòu)形式,高達(dá)IP68的防護(hù)等級(jí),多種可選的耐腐耐磨忖里和電極材料,精度可達(dá)0.2級(jí),這使得ZNE電磁流量計(jì)基本上能滿足上述工況的流量測(cè)量需要. 3 ZNE電磁流量計(jì)的特點(diǎn)和不足 3.1 特點(diǎn) （1）測(cè)量原理上是線性的,測(cè)量準(zhǔn)確度高,而且電信號(hào)輸出,測(cè)量的反映速度快,可測(cè)脈動(dòng)流量和快速累積總量. （2）ZNE電磁流量計(jì)是一種測(cè)量體積流量的儀表,其測(cè)量不受流體的密度、溫度、壓力、粘度、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率的變化的影響.ZNE電磁流量計(jì)只需用水作為試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定,而不需要作附加修正就可用來(lái)測(cè)量其它導(dǎo)電性液體.這是其他流量計(jì)所不具備的優(yōu)點(diǎn).（3）ZNE電磁流量計(jì)測(cè)量范圍很大,有的產(chǎn)品測(cè)量范圍達(dá)1000:1.對(duì)同一口徑傳感器,其滿量程只要介質(zhì)流速在0.3~15m/s范圍內(nèi)可任意設(shè)定.ZNE電磁流量計(jì)的測(cè)量范圍可涵蓋紊流和層流狀態(tài)兩種速度分布狀態(tài),這是差壓式流量計(jì)、渦輪式、渦街等流量計(jì)不能與之相比擬的. （4）耐腐蝕性能好. （5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)活動(dòng)部件和阻礙被測(cè)介質(zhì)流動(dòng)的擾動(dòng)件或節(jié)流件,對(duì)易黏附和固液二相介質(zhì)不易發(fā)生管道堵塞、磨損等問(wèn)題.可彌補(bǔ)質(zhì)量流量計(jì)不易測(cè)量此類介質(zhì)的不足. （6）原理上是測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉?對(duì)流速分布的要求較低.因此,傳感器前后的直管段要求比其他流量計(jì)短. （7）可測(cè)正、反兩個(gè)方向的流動(dòng)流體. 3.2 不足之處 （1）ZNE電磁流量計(jì)不能用于測(cè)量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體. （2）ZNE電磁流量計(jì)受流速分布影響,在軸對(duì)稱分布的條件下,流量信號(hào)與平均流速成正比.所以,ZNE電磁流量計(jì)前后也必須有一定長(zhǎng)度的前后直管段. （3）由于測(cè)量管絕緣襯里材料受溫度的限制,目前工業(yè)ZNE電磁流量計(jì)還不能測(cè)量高溫高壓流體. （4）ZNE電磁流量計(jì)目前還不能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電率很低的液體介質(zhì),被測(cè)液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10-5S/cm（相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率）.對(duì)石油制品或者有機(jī)溶劑等還無(wú)能為力. （5）ZNE電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響. 4 使用中應(yīng)注意的問(wèn)題 這些問(wèn)題大家已經(jīng)很熟悉了,把它羅列出來(lái)是想進(jìn)一步發(fā)掘更有效的使用經(jīng)驗(yàn). （1）當(dāng)不得不裝在自上而下的垂直管道上時(shí),流量計(jì)應(yīng)裝在管道的下部,且流量計(jì)下游裝有節(jié)流閥門使下游產(chǎn)生一背壓. （2）ZNE電磁流量計(jì)是容積式液體流量計(jì),在測(cè)量時(shí)應(yīng)保證流量計(jì)內(nèi)的液體是充滿管道的.為使流速平穩(wěn),流量計(jì)前后應(yīng)有大于5D和2D的直管段.流量計(jì)口徑大小的選擇應(yīng)使最小流量時(shí)的流速在保證測(cè)量精度的范圍內(nèi). （3）當(dāng)測(cè)量容易積渣附著的介質(zhì)時(shí),不要將流量計(jì)安裝在傾斜管道的點(diǎn).在管低端安裝清洗閥或盲板,定期清洗內(nèi)壁附著物. （4）安裝在塑料管道或帶內(nèi)襯管道上必須使用接地環(huán). （5）在振動(dòng)劇烈的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)將傳感器和轉(zhuǎn)換器分開(kāi)安裝.口徑至≥DN350的流量計(jì)兩端應(yīng)設(shè)支架或吊架. 如接地環(huán)和測(cè)量電極由不同材料制成,會(huì)引起電化學(xué)腐蝕損壞電極.電極材質(zhì)選配不當(dāng),被測(cè)介質(zhì)會(huì)使電極極化而減弱信號(hào)的電勢(shì).因此,電極材料的選擇也應(yīng)引起注意,可參閱說(shuō)明書(shū)及與制造廠商量. （6）有些工況需在管道內(nèi)注入化學(xué)藥品,注入后會(huì)導(dǎo)致液體導(dǎo)電率不勻?qū)NE電磁流量計(jì)輸出信號(hào)產(chǎn)干擾.對(duì)此,可采用在流量計(jì)下游注入,如需在上游注入則注入點(diǎn)應(yīng)與流量計(jì)保持一定距離,使液體混合均勻. （7）ZNE電磁流量計(jì)應(yīng)避免安裝在大功率的電氣設(shè)備和開(kāi)關(guān)柜傍以減少電磁干擾. （8）分體式ZNE電磁流量計(jì)的傳感器和轉(zhuǎn)換器間電纜長(zhǎng)度與導(dǎo)電率有關(guān).椐資料介紹導(dǎo)電率為5μs/cm時(shí)長(zhǎng)度不超過(guò)10m,100μs/cm 時(shí)長(zhǎng)度不超過(guò)100m,不然會(huì)引起測(cè)量信號(hào)的失真. （9）發(fā)生雷擊時(shí)在線路中產(chǎn)生的過(guò)電壓和浪涌電流會(huì)通過(guò)儀表室的電源線進(jìn)入儀表（ZNE電磁流量計(jì)）使之損壞.目前,這個(gè)問(wèn)題已被越來(lái)越多的自控人員所認(rèn)識(shí).設(shè)計(jì)時(shí)在儀表用總電源進(jìn)線端,甚至在單個(gè)儀表的電源端裝過(guò)壓和浪涌電流吸收裝置,防止它們對(duì)儀表的損壞. （10）新的延伸. 目前有的生產(chǎn)廠對(duì)接地極采取了新的措施.在傳感器襯里上嵌入導(dǎo)電橡膠,既省去了接地環(huán)或接地法蘭、降低了成本,也方便安裝. 采用高性能PEEK材料作為電極絕緣密封之用,提高了電極絕緣的穩(wěn)定度和可靠度.確保在高濕惡劣環(huán)境下,電極的絕緣電阻也能達(dá)到200MΩ以上. 根據(jù)電容效應(yīng)原理設(shè)計(jì)流量空管報(bào)警功能.它的靈敏度高,但不受管壁殘留液的影響.勵(lì)磁對(duì)測(cè)量的影響 5. ZNE電磁流量計(jì)在使用中的效果受諸多因素影響.測(cè)量的真實(shí)、可靠及精度除了與轉(zhuǎn)換器有關(guān)外,更主要是取決于傳感器,而傳感器的勵(lì)磁技術(shù)對(duì)流量檢測(cè)影響很大. 了解勵(lì)磁技術(shù)發(fā)展過(guò)程,對(duì)我們選用、維護(hù)ZNE電磁流量計(jì)很有現(xiàn)實(shí)意義. 5.1 直流勵(lì)磁 上個(gè)世紀(jì)初,歐洲國(guó)家曾研制出用直流勵(lì)磁的ZNE電磁流量計(jì),并開(kāi)始其工業(yè)應(yīng)用. 直流勵(lì)磁技術(shù)是利用永磁體或者直流電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電,以形成恒定的勵(lì)磁磁場(chǎng),如圖1所示.直流勵(lì)磁技術(shù)的問(wèn)題是直流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在兩電極表面上形成固定的正負(fù)極性,引起被測(cè)流體介質(zhì)電解,導(dǎo)致電極表面極化現(xiàn)象. 5.2 低頻矩形波勵(lì)磁 為了解決ZNE電磁流量計(jì)工頻干擾問(wèn)題,提高流量測(cè)量精度,介于直流勵(lì)磁和工頻交流勵(lì)磁之間的低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)被提出.此項(xiàng)勵(lì)磁技術(shù),如圖3所示,既具有直流勵(lì)磁技術(shù)不產(chǎn)生渦流效應(yīng)、變壓器效應(yīng)（正交干擾）的特點(diǎn),又具有工頻正弦波勵(lì)磁基本不產(chǎn)生極化效應(yīng),便于放大信號(hào)處理,而能避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn),以及有較好的抗干擾性能,得以在ZNE電磁流量計(jì)中廣泛應(yīng)用. 由于矩形波勵(lì)磁的這些優(yōu)點(diǎn),上個(gè)世紀(jì)八十年代中,使以引進(jìn)此種勵(lì)磁技術(shù)的合資產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用. 5.3 工頻正弦波勵(lì)磁 為了消除直流勵(lì)磁中電極極化效應(yīng)等弊病,在以后的幾十年中,發(fā)達(dá)國(guó)家又提出了用工頻正弦波勵(lì)磁,如圖2所示.是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電.其主要特點(diǎn)是能夠基本消除電極表面的極化現(xiàn)象,降低電極電化學(xué)電勢(shì)的影響和傳感器的內(nèi)阻. 但是,工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)的采用會(huì)帶來(lái)一系列電磁感應(yīng)干擾和噪聲. 上個(gè)世紀(jì)七,八十年我國(guó)代造紙行業(yè)在使用國(guó)產(chǎn)ZNE電磁流量計(jì)中,發(fā)現(xiàn)ZNE電磁流量計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)零點(diǎn)和示值不穩(wěn).嚴(yán)格的接地和遠(yuǎn)離電磁干擾源也不能解決,影響了生產(chǎn).這與工頻勵(lì)磁的弱點(diǎn)有關(guān). 5.4 雙頻矩形波勵(lì)磁 上世紀(jì)80年代后期國(guó)外制造廠商又推出雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù).成功地解決了ZNE電磁流量計(jì)零點(diǎn)穩(wěn)定性和對(duì)液固兩相導(dǎo)電性流體以及低導(dǎo)電率流體流量的適應(yīng)性,開(kāi)拓了ZNE電磁流量計(jì)新的應(yīng)用領(lǐng)域,開(kāi)始了雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用. 低頻矩形波勵(lì)磁雖然具有優(yōu)良的零點(diǎn)穩(wěn)定性,但在測(cè)量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí),固體顆粒擦過(guò)電極表面導(dǎo)致電極的接觸電勢(shì)突然變化,電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰狀脈沖,具有1/f的頻譜特征;在測(cè)量低導(dǎo)電率流體流量時(shí),電極的電化學(xué)電勢(shì)定期變動(dòng),產(chǎn)生幅值隨頻率成反比的噪聲（即1/f噪聲）,導(dǎo)致低頻矩形波勵(lì)磁ZNE電磁流量計(jì)輸出搖擺,如圖4所示.前者稱為泥漿干擾,后者稱為流動(dòng)噪聲. 研究分析表明,泥漿干擾和流動(dòng)噪聲具有1/f的頻譜特征.低頻時(shí)幅值大,高頻時(shí)幅值小,如果采用較高頻率的低頻矩形波勵(lì)磁則能大大降低泥漿干擾的數(shù)量級(jí).因此提高勵(lì)磁頻率有助于降低泥漿干擾和流動(dòng)噪聲,提高傳感器輸出信號(hào)的信噪比.近十幾年來(lái),低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)的采用,提高ZNE電磁流量計(jì)抗干擾的能力、降低勵(lì)磁功率以提高勵(lì)磁的經(jīng)濟(jì)性,地表現(xiàn)在單位流速信號(hào)電勢(shì)降低從1mV/ms-1到0.6mV/ms-1、0.4mV/ms-1、0.2mV/ms-1、0.1mV/ms-1.如果隨著單位流速信號(hào)電勢(shì)幅值比現(xiàn)有技術(shù)降低一個(gè)數(shù)量級(jí),則泥漿干擾和流動(dòng)噪聲的影響明顯增強(qiáng),為了進(jìn)一步提高抗力,必須采用較高頻率矩形波勵(lì)磁. 綜上所述,要保證ZNE電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性,采用低頻矩形波勵(lì)磁;為了能較準(zhǔn)確地測(cè)量液固兩相導(dǎo)電性流體和低導(dǎo)電率流體的流量,又必須采用較高頻率的矩形波勵(lì)磁.采用如圖5所示的雙頻矩形波勵(lì)磁的方法是方案. 隨著造紙產(chǎn)品的多樣化,我們又曾碰到對(duì)于高濃紙漿及具有一定雜質(zhì)的漿液的測(cè)量,ZNE電磁流量計(jì)的輸出出現(xiàn)飄忽不定現(xiàn)象.雙頻勵(lì)磁的機(jī)理使我們明白了產(chǎn)生此類現(xiàn)象的原因.而雙頻勵(lì)磁的產(chǎn)品的出現(xiàn)也正好解決了測(cè)量這種液體流量的難題. 5.5 另外,有些ZNE電磁流量計(jì)生產(chǎn)商現(xiàn)在正在研制新穎交流勵(lì)磁技術(shù).它既保持了矩形勵(lì)磁的零點(diǎn)穩(wěn)定性又具有高頻勵(lì)磁優(yōu)良的雜波去除功能,還有良好的抗50Hz工頻干擾性能.能很好的測(cè)量固體顆粒含量多達(dá)30%的二相液體.流量計(jì)的精度可達(dá)0.1%. 造紙行業(yè)還有一項(xiàng)內(nèi)涵,就是廢紙的再利用和環(huán)境保護(hù).在廢紙制漿和污水處理中,需用ZNE電磁流量計(jì)測(cè)量含有數(shù)量不少的泥砂及各種雜粒的廢紙漿量,和含有大量油墨、污泥的污水量以及大設(shè)備的電器所造成的電磁干擾.它們對(duì)ZNE電磁流量計(jì)會(huì)有更苛刻的要求.這種新穎交流勵(lì)磁方式又為我們提供了適應(yīng)這種工況的計(jì)量設(shè)備. 在敘述了各種勵(lì)磁技術(shù)后,這里應(yīng)該指出,國(guó)產(chǎn)的ZNE電磁流量計(jì)經(jīng)過(guò)幾代科技人員艱苦不懈的努力,在性能和可靠性方面具備了很高的水平,在國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)使用中占了相當(dāng)?shù)姆蓊~. 流量計(jì)的勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展體現(xiàn)了:生產(chǎn)的需要促進(jìn)了科研,科研的成果又推動(dòng)了生產(chǎn)的發(fā)展.這也說(shuō)明了發(fā)展科技能更好興國(guó).ZNE電磁流量計(jì)是一種應(yīng)用廣泛的流量計(jì)量?jī)x表.很多場(chǎng)合質(zhì)量流量計(jì)用不好,而ZNE電磁流量計(jì)用得好,由于實(shí)際工況和測(cè)量介質(zhì)的多樣性和特殊性,在使用中要確切有效的發(fā)揮它的作用,就得在選用流量計(jì)時(shí)需要從多方面進(jìn)行考慮.本文通過(guò)對(duì)ZNE電磁流量計(jì)特點(diǎn)的介紹和對(duì)不同勵(lì)磁方式的分析,從而可以恰當(dāng)、有效的選擇和使用它. 推薦產(chǎn)品.電磁流量計(jì),壓力變送器,孔板流量計(jì),V錐型流量計(jì),超聲波流量計(jì),渦街流量計(jì),渦輪流量計(jì),熱電偶.