電磁流量計(jì)測量誤差原因及改進(jìn)對策探討

韓冰

（陜西省計(jì)量科學(xué)研究院，陜西西安 710100）

1.電磁流量計(jì)工作原理

電磁流量計(jì)是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)研發(fā)的專用于流量測量的儀器，用于工業(yè)生產(chǎn)中能夠精確測量導(dǎo)電液體體積流量。其計(jì)算公式為E=kBDv，其中E表示感應(yīng)電動勢，單位為V；k表示系數(shù)；B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T；D表示測量管內(nèi)徑，單位為m；v表示液體流動速度，單位為m/s。

根據(jù)電磁流量計(jì)應(yīng)用過程來看，可以認(rèn)為是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律的實(shí)踐應(yīng)用[1]。而立足于電磁流量計(jì)計(jì)算公式角度來看，磁感應(yīng)強(qiáng)度、管道直徑處于的狀態(tài)相對穩(wěn)定時(shí)，有正向變化關(guān)系存在于感應(yīng)電勢和管道體積流量中，同時(shí)也有正向變化趨勢存在于感應(yīng)電勢與被測介質(zhì)體積流量中。

2.電磁流量計(jì)特點(diǎn)

具備自身獨(dú)特性的電磁流量計(jì)，在具體應(yīng)用中呈現(xiàn)出較為明顯的特點(diǎn)，基本由下述3方面組成：一是電磁流量計(jì)構(gòu)造中，因測量導(dǎo)管內(nèi)部件和阻流體不可動的緣故，所以不會產(chǎn)生機(jī)械慣性和壓力損失，其反應(yīng)的靈敏性相對較高。二是測量范圍寬，通常情況下能達(dá)到10:1甚至100:1的量程。同時(shí)，流速范圍多以（1～6）m/s為主，甚至能打到（0.5～10）m/s。測量管徑范圍最低為2mm，最高能達(dá)到3000mm。三是能支持含有固體顆?；蚓哂幸欢妼?dǎo)率（酸、堿、鹽溶液）的液體體積流量的測量，同時(shí)也能對脈動流量展開測量。

雖然電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)諸多且相當(dāng)突出，然而依然有不足之處存在，主要表現(xiàn)在下述兩方面：一是不能使用太高的溫度和壓力[2]。電磁流量計(jì)在具體使用中，其溫度應(yīng)當(dāng)控制在120℃以內(nèi)，且要控制使用壓力不超過1.6MPa。之所以存在此類要求，是因?yàn)闇囟鹊母叩蜁谝欢ǔ潭壬嫌绊懝艿酪r里的材料變質(zhì)、變形及膨脹。而使用壓力的具體數(shù)值通常是由電極部分密閉狀況、管道強(qiáng)度及法蘭規(guī)格等因素決定。二是電磁流量計(jì)的測量范圍受到了極大的限制，無法用于非導(dǎo)電流體流量的測量，如蒸汽、氣體及石油制品等。

3.電磁流量計(jì)測量誤差原因及改進(jìn)對策

3.1 待測液體電導(dǎo)率變化顯著及改進(jìn)

一旦待測液體電導(dǎo)率出現(xiàn)幅度極大的變化時(shí)，顯示值也會因此產(chǎn)生巨大的波動，甚至?xí)ο鄳?yīng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行構(gòu)成劇烈影響。而待測液體出現(xiàn)偏低的電導(dǎo)率時(shí)，會對電極的輸出構(gòu)成阻抗，而當(dāng)實(shí)際電導(dǎo)率比下限值更低的情況出現(xiàn)后，會中斷儀器的正常工作。面對此類誤差引發(fā)的原因來看，可從下述幾方面進(jìn)行改進(jìn)：一是在選擇電磁流量計(jì)時(shí)，在滿足要求的前提下，盡量選擇電導(dǎo)率低的一類。二是裝配確保能夠充分混合物料或達(dá)成化學(xué)反應(yīng)的直管段或反應(yīng)器。三是引入其他原理不同的流量計(jì)。

3.2 待測液體有氣泡現(xiàn)象或非滿管狀態(tài)及改進(jìn)

氣泡的產(chǎn)生，通常是液體中溶解的氣體逐步發(fā)展為游離狀態(tài)后形成的，或是吸入至外界的氣泡。流量中含有的氣泡體積如果較大，會對測量準(zhǔn)確性構(gòu)成影響。而當(dāng)氣泡具備過大的直徑甚至比電機(jī)直徑數(shù)值更大，測量顯示過程中的狀態(tài)就會極不穩(wěn)定，且根本無法避免波動。面對此類誤差引發(fā)的原因來看，可從下述幾方面加以改進(jìn)：（1）在電磁流量計(jì)上安裝集氣器，并以周期為根據(jù)實(shí)施排氣操作[3]。（2）合理進(jìn)行安裝位置的更換、調(diào)整。（3）在電磁流量計(jì)上安裝垂直管道，保障其方向?yàn)樽韵露?。?）在傳感器安裝過程中需要與排放口保持適當(dāng)?shù)木嚯x。（5）在控制閥位置安裝傳感器，控制其位置處于其上游或泵下游。

3.3 空間電磁波干擾及改進(jìn)

電磁流量計(jì)用于測量實(shí)踐的過程中，轉(zhuǎn)換器與傳感器間如果存在較長的電纜，同時(shí)周邊有較強(qiáng)電磁干擾的情況存在，此時(shí)由于電纜的存在，干擾信號會被引入進(jìn)去，最終會有共模干擾現(xiàn)象形成，導(dǎo)致流量計(jì)發(fā)生非線性、顯著失真或大幅度晃動等諸多情況，測量的準(zhǔn)確性也會因此大打折扣。面對此類誤差引發(fā)的原因來看，可根據(jù)下述措施進(jìn)行解決：（1）在電磁流量計(jì)安裝中，需要深入分析周邊環(huán)境，保證電磁流量計(jì)原理強(qiáng)磁場。（2）盡量將電纜長度控制在適宜范圍內(nèi)，并落實(shí)相關(guān)屏蔽措施，如將電纜傳入接地鋼管中，避免電源線與電纜傳入同一根管。（3）選擇與要求相符合的屏蔽電纜，同樣能將電磁波構(gòu)成的干擾有效降低。

3.4 連接電纜問題及改進(jìn)

電磁流量計(jì)是通過特定電纜、轉(zhuǎn)換器和傳感器組成的系統(tǒng)，因此電纜長度、屏蔽層數(shù)、導(dǎo)體橫截面積、絕緣情況及分布電容等都會對其測量結(jié)果構(gòu)成影響，甚至還會對電磁流量計(jì)的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾。所以，在安裝電磁流量計(jì)時(shí)不但需要參照導(dǎo)體橫截面積、屏蔽層數(shù)、待測液體電導(dǎo)率及分布電容等確定電纜長度，同時(shí)也要將電纜中間接頭的情況規(guī)避，并妥善處理末端，保障能夠?qū)崿F(xiàn)良好連接。此外，也要保障所用電纜符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5 測量管內(nèi)存在著層及改進(jìn)

以電磁流量計(jì)應(yīng)用對象為根據(jù)，其多以測量非清潔流體為主，倘若實(shí)際測量中有一定量沉淀物等物質(zhì)存在于非清潔流體內(nèi)部，電磁流量計(jì)的正常使用及測量也必然會遭受影響，如污染電磁流量計(jì)管道、電極表面，最終引發(fā)測量誤差。面對此類誤差引發(fā)原因，相關(guān)人員在日常工作中應(yīng)當(dāng)做好電磁流量計(jì)定期清洗工作，同時(shí)適當(dāng)將流速提升。此外，在襯里材料的選擇中，可選擇聚四氯乙烯。

3.6 電極選擇、液體流速問題及改進(jìn)

電磁流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用中，其電極和內(nèi)部材料會直接接觸待測液體，所以在選擇電極和襯里材料時(shí)，都應(yīng)當(dāng)以待測液體為根據(jù)合理進(jìn)行[4]。結(jié)合待測液體性質(zhì)完成襯里材料特性的確定，并在實(shí)際測量中圍繞測量溫度展開嚴(yán)格控制，避免由于襯里材料選擇不合理或溫度控制力度不足而導(dǎo)致襯里材料受磨損或變形等情況，進(jìn)而導(dǎo)致附著速度加快、增大測量誤差發(fā)生率。針對此類情況，在應(yīng)用電磁流量計(jì)時(shí)，在突出襯里材料選擇針對性的同時(shí)，也需要合理選擇電極，并妥善控制液體流速，保障處于合理范圍。

3.7 測量液體呈現(xiàn)不對稱狀態(tài)及改進(jìn)

應(yīng)用電磁流量計(jì)測量相關(guān)液體的流量時(shí)，待測液體如果有不對稱狀態(tài)出現(xiàn)，必然會引起測量誤差的情況。液體非對稱狀態(tài)通常在單一的漩渦流或沿管線軸線的直線流等兩種流動組合方面得到表現(xiàn)。該情況下，管道截面的積分為液體體積流量。上游直管段如果存在不足，一般情況下可結(jié)合流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)流量，控制上下游一定范圍內(nèi)流量計(jì)內(nèi)徑與管道內(nèi)徑之間具備相同的數(shù)值，確保上游直管段充足。

3.8 電極與勵(lì)磁線圈對稱性問題及改進(jìn)

在加工制造電磁流量計(jì)磁力線圈及電極時(shí)，有著嚴(yán)格對稱的要求。倘若有不對稱的情況出現(xiàn)，必然會引起不對稱偏差，進(jìn)而對測量結(jié)果構(gòu)成影響，最終也就會有測量誤差的情況出現(xiàn)。同時(shí)，在安裝電磁流量計(jì)時(shí)，也嚴(yán)格要求了安裝地點(diǎn)的振動，如一體型電磁流量計(jì)的安裝，需要在振動小的場所內(nèi)，如果振動超出了標(biāo)準(zhǔn)就會有誤差出現(xiàn)在測量中，甚至還會對儀表的正常工作構(gòu)成影響。所以，相關(guān)人員在實(shí)際安裝前，需要對待安裝位置振動展開嚴(yán)密測量，保障與安裝標(biāo)準(zhǔn)相符合。

4.結(jié)語

電磁流量計(jì)具體使用中，由于存在大量影響因素，因此測量結(jié)果難免會產(chǎn)生誤差。而為了降低或避免測量結(jié)果誤差、保障精確性，就必須對電磁流量計(jì)基本原理展開深入研究，并認(rèn)真剖析各個(gè)測量環(huán)節(jié)，找出誤差引發(fā)的原因，同時(shí)引入針對性的處理措施對測量誤差加以控制，在消除測量誤差的前提下，確保其應(yīng)有的作用能夠充分發(fā)揮。