電磁流量計(jì)自從商品化以來,其技術(shù)進(jìn)步十分明顯,新材料、新設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的采用,尤其是采用了大規(guī)模集成電路、單片機(jī)和計(jì)算機(jī),其技術(shù)性能指標(biāo)和功能都有很大提高,特別是抗干擾能力、可靠性和穩(wěn)定性的改善尤為明顯。從以上推導(dǎo)的表達(dá)式看,感應(yīng)電壓與流體的流速成線性關(guān)系，似乎與其它因素?zé)o關(guān)。事實(shí)上,客觀條件的限制導(dǎo)致了電磁流量計(jì)還受到以下因素的影響,影響大時(shí)流量計(jì)甚至不能正常工作,具體分析如下;
1.流速分布影響
當(dāng)流速分布相對于測量管中心軸對稱時(shí),電極檢測到的流量信號將與被測流體的平均流速成正.比。當(dāng)流速分布相對管中心為非軸對稱時(shí),還用，上述公式計(jì)算流量時(shí)將會產(chǎn)生測量誤差。因?yàn)殡姌O上得到的感生電動勢是測量管內(nèi)所有液體共同貢獻(xiàn)的結(jié)果,每一個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)都有貢獻(xiàn)。由于各個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)相對于電極的幾何位置不同,即使各質(zhì)點(diǎn)速度一樣,它們對電動勢的貢獻(xiàn)也是不同的。越靠近電極的質(zhì)點(diǎn)對電動勢的貢獻(xiàn)越大。也就是說,電極附近的感應(yīng)電動勢較大,與兩電極平面成90度的地方的流體產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就小。如果電極附近的流速非軸對稱偏大，測得的流量信號就比實(shí)際流量值大;反之,電極附近的流速非軸對稱偏小,測得的流量信號也就偏小。為了消除由于流速分布而產(chǎn)生的測量誤差,在電磁流量傳感器前應(yīng)有--定長度的直管段,以保證流速的軸對稱分布。
2.磁場邊緣效應(yīng)影響
由前述可知,電磁流量計(jì)的基本表達(dá)式是在假.定沿流體的流動方向，上磁場始終是均勻?yàn)榍疤嵯峦茖?dǎo)而得到的。這就意味著沿管軸方向上的磁場無限長,而實(shí)際流量計(jì)的線圈長度是有限的,并且為了實(shí)現(xiàn)流量計(jì)的小型化,總是希望勵(lì)磁線圈和測量管的長度越短越好。這樣就會出現(xiàn)磁場邊緣效應(yīng),即磁場軸向長度對感應(yīng)電動勢幅值和勵(lì)磁線圈兩端的磁感應(yīng)強(qiáng)度不均勻。磁場中間部分大致是均勻的,兩端則逐漸減弱,形成不均勻的邊緣,最后.下降為零。使得液體內(nèi)部電場E也不均勻,產(chǎn)生渦電流。由渦電流所產(chǎn)生的二次磁通反過來改變磁場邊緣部分的工作磁通,使磁場的均勻性進(jìn)--步遭到破壞。這時(shí)在電極.上測量到的感應(yīng)電動勢與無限長磁場下的感應(yīng)電動勢不一樣,產(chǎn)生了誤差。理論分析表明,為了減少邊緣效應(yīng),勵(lì)磁線圈的軸向長度應(yīng)為測量管內(nèi)徑的1.4~1.52倍。這樣才可以使電極.上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢接近于無限長磁場的理論計(jì)算值。
假如管壁是導(dǎo)電的，磁場邊緣效應(yīng)更加明顯，從而導(dǎo)致電極.上感應(yīng)電動勢的損失增加,所以管壁通常要涂_上絕緣層。假如介質(zhì)的電導(dǎo)率極高(如液.態(tài)金屬),磁場邊緣區(qū)域兩側(cè)的磁場分別被削弱和增強(qiáng)。所以測量電導(dǎo)率高的介質(zhì)不宜用交流勵(lì)磁，而應(yīng)用直流勵(lì)磁。若被測介質(zhì)中含有導(dǎo)磁性物質(zhì)(鐵鉆、鎳之類),磁場邊緣效應(yīng)就更復(fù)雜。由于導(dǎo)磁性物質(zhì)的存在，使磁場發(fā)生嚴(yán)重畸變,造成測量的非線性。
3.液體電導(dǎo)率影響
使用電磁流量計(jì)的前提條件是被測液體必須是導(dǎo)電的,不能低于閾值(即下限值)。電導(dǎo)率低于閾值會產(chǎn)生測量誤差直至不能使用。通用型電磁流量計(jì)的閾值在10-4~(5X10-6)s/cm之間。電磁流量計(jì)不適用于電導(dǎo)率很低的介質(zhì)的根本原因在于傳感器與轉(zhuǎn)換器的阻抗匹配問題。目前,轉(zhuǎn)換器的輸人阻抗一-般只能達(dá)到100~200M,也就是說要保證0.1%的傳輸精度傳感器內(nèi)阻Rs必須小于100~200KΩ。若電極直徑0.01m,可得到被測.介質(zhì)電導(dǎo)率的最低值。
工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4s/cm,酸、堿、鹽液的電導(dǎo)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(jī)溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用。對于氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體就無法:使用了。
4.流體粘度、流體溫度及環(huán)境溫度影響
通常認(rèn)為電磁流量計(jì)所測體積流量不受液體電導(dǎo)率(只要大于某一閾值)、液體粘度、液體溫度和環(huán)境溫度等參量的影響。但實(shí)際應(yīng)用中,流體粘度、流體溫度及環(huán)境溫度等或多或少對測量有些影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，如果要求精度較高,基本誤差小于0.5%~1%,則液體粘度、液體溫度和環(huán)境溫度的影響就不可忽略;如果要求測量精度不高,可以忽略不計(jì)。
5.流體含有混入物影響
電磁流量計(jì)在許多使用狀況下,被測流體中都會含有混人物。一般而言,混人成泡狀流的微小油氣泡仍可正常工作,但測得的是含油氣泡體積的混.合體積流量;如果油氣體含量增加到形成彈狀流，因電極可能被氣體蓋住使電路瞬間斷開,出現(xiàn)輸出晃動甚至不能正常工作。
含有非鐵磁性顆�；蚶w維的固液兩相流同樣可以測得其體積流量。固體含量較高的流體,如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中-.起流動,兩者之間有滑動,速度上有差異,單相流液體校驗(yàn)的儀表用于固液兩相流會產(chǎn)生誤差。雖然還未見到電磁流量計(jì)應(yīng)用于固液兩相流中固型物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但國外有報(bào)道稱固型物含量有14%時(shí)誤差在3%范圍內(nèi)。
6.附著和沉淀影響
電磁流量計(jì)使用時(shí)間長或者是用于測量易附著和沉淀物質(zhì)的流體時(shí),會在管壁，上產(chǎn)生附著層，若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì),信號將被短路不能工作,若是非導(dǎo)電物質(zhì)則首先應(yīng)注意電極的污染。若附著于襯里管璧層為氧化鐵銹層,或以金屬為主要成分的燃料,其電導(dǎo)率大于液體電導(dǎo)率,測得的流量值將比實(shí)際流量小;若為碳酸鈣等水垢層,其電導(dǎo)率低于液體,測得的測量值將高于實(shí)際流量。若附著層電導(dǎo)率與液體相同,按上式計(jì)算附加誤差為零,但僅局限于附著層厚度小的條件。此種情況下,流通面積減小,但平均流速增加，二者相互間可抵消。
7.電極表面效應(yīng)影響
電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極.化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三方面。化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測介質(zhì)接觸后,形成鈍化膜或氧化層。它們對耐腐蝕性能起到積極的保護(hù)作用,但也可能增加接觸電阻。電化學(xué)電勢變化和極化現(xiàn).象會產(chǎn)生干擾電勢而形成噪聲。漿液噪聲和流動噪聲即是電極表面噪聲的表現(xiàn)。漿液噪聲是在測量泥漿纖維等液固兩相流時(shí)，固體顆粒(或液體中的氣泡)擦過電極表面,電極表面接觸電化學(xué)電勢突然變化,輸出流量信號出現(xiàn)尖峰脈沖狀噪聲。流體噪聲是在測量較低電導(dǎo)率液體流量時(shí),電極的電化學(xué)電勢定期變化，產(chǎn)生隨流速增加而頻率增加的隨機(jī)噪聲,引起儀表輸出出現(xiàn)波動現(xiàn)象。極化電勢是電感生電動勢在兩電極極性不同,導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面產(chǎn)生極化。雖然交變勵(lì)磁將極化電勢減弱了幾個(gè)數(shù)量級,但不能完全消除極化電勢干擾的影響。極化電勢和液體介質(zhì)性質(zhì)以及電極材料性質(zhì)有關(guān)。
8.變壓器效應(yīng)影響
電磁流量計(jì)的兩個(gè)電極、輸入輸出回路和介質(zhì)一起構(gòu)成了一個(gè)閉合回路。勵(lì)磁線圈相當(dāng)于變壓器的初級線圈,該閉合回路相當(dāng)于次級線圈。這個(gè)次級線圈不可能與勵(lì)磁磁力線完全平行，總有一部分交變的磁力線穿過該閉合回路平面,形成了所謂的“變壓器效應(yīng)”。干擾電動勢e,,根據(jù)楞次定律得:
可見e1與勵(lì)磁電源頻率有關(guān),而與流量大小和傳感器口徑無關(guān)。降低勵(lì)磁電源頻率可減小這種干擾。 |
