工業(yè)控制中電磁流量計(jì)的選型及應(yīng)用
摘 要：介紹電磁流量計(jì)相比其它流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)、選型方法、安裝注意事項(xiàng)，從工程使用層面對(duì)電磁流量計(jì)作了詳細(xì)的闡述。
0、引言：
電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性, 可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題, 如臟污流、腐蝕流的測(cè)量。在電磁流量計(jì)選型、安裝和使用方面有一些技巧和注意事項(xiàng)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些問題進(jìn)行分析和討論。
1、電磁流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：
與其它流量計(jì)相比，電磁流量計(jì)具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)由于測(cè)量通道是一段光滑直管，不會(huì)發(fā)生阻塞，因此，適用于測(cè)量含固體顆粒的液固二相流體，如紙漿、泥漿、污水等。
(2)不產(chǎn)生流量檢測(cè)所造成的壓力損失, 節(jié)能效果好。
(3) 所測(cè)的體積流量受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響小。
(4)流量測(cè)量范圍度大，量程比可高達(dá)1:100?？蛇x流量范圍寬，液體流速一般可在0.5～10m/s內(nèi)選定。有些型號(hào)儀表可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要擴(kuò)大和縮小流量測(cè)量范圍，而不必拆下儀表進(jìn)行離線實(shí)流標(biāo)定。
( 5 ) 電磁流量計(jì)的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬，從幾毫米到3 m ；可測(cè)正反雙向流量；也可測(cè)脈動(dòng)流量（只要脈動(dòng)頻率低于激磁頻率很多）；儀表輸出本質(zhì)上是線性的。
(6)可應(yīng)用于腐蝕性流體的測(cè)量。
(7) 與其它流量計(jì)相比，電磁流量計(jì)所需直管段較短。
但電磁流量計(jì)也存在以下缺點(diǎn)：
( 1 ) 不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品。
( 2 ) 不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體。
(3) 由于襯里材料和電氣絕緣材料的限制，通用型電磁流量計(jì)不適用于較高溫度。
( 4 ) 投資相對(duì)較高，特別是大口徑流量的測(cè)量。
2、電磁流量計(jì)的選型：
電磁流量計(jì)選型時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
（1 ）液體電導(dǎo)率應(yīng)高于允許的下限。各制造廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品對(duì)電導(dǎo)率下限值有不同的數(shù)值，目前，一般電磁流量計(jì)不能測(cè)量電導(dǎo)率低于0.1μS/cm的液體流量。
（2 ）液體流速應(yīng)在流量計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。一般電磁流量計(jì)所測(cè)流體平均流速應(yīng)在1~10m/s 范圍內(nèi)，部分廠家產(chǎn)品的流速范圍可在0.3~12m/s（如光華.愛爾美特公司生產(chǎn)的K 型和I F M 型電磁流量計(jì)）。若被測(cè)液體流速太低，可以考慮加裝異徑管，使流速控制在規(guī)定范圍內(nèi)。為減小加裝異徑管造成壓力損失和影響流速分布，要求異徑管中心錐角不超過1 5 °，而且越小越好。
（3 ）電極形式的選擇。通常，不產(chǎn)生結(jié)晶、結(jié)疤、不沾污電極的流體介質(zhì)可選標(biāo)準(zhǔn)電極；對(duì)有污泥等沾污電極的應(yīng)用場(chǎng)合，可選用具有手動(dòng)機(jī)械清污附件的刮刀式電極或可更換式電極。
（4 ）襯里和電極材料的選擇。根據(jù)液體的腐蝕性選用合適的襯里和電極材料?？刹橛嘘P(guān)材料的防腐蝕手冊(cè)選定電極材料；對(duì)混酸等成分復(fù)雜的介質(zhì)，應(yīng)做掛片試驗(yàn)。應(yīng)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性，磨損性及溫度來選擇電磁流量計(jì)的襯里材料。
(5) 滿足直管段的要求和接地要求。從電極軸線開始測(cè)量，一般入口直管段不小于5 D（直徑），出口直管段不小于2 D 。為使儀表可靠工作，提高測(cè)量精度，不受外界寄生電勢(shì)的干擾，電磁流量計(jì)的傳感器應(yīng)良好地單獨(dú)接地，接地電阻小于1 0 Ω。若連接儀表的管道內(nèi)涂有絕緣層或是非金屬管道，傳感器兩側(cè)應(yīng)裝接地環(huán)。
（6 ）機(jī)型的選擇。根據(jù)安裝、使用和維護(hù)條件，選用檢測(cè)和變送部分組合在一起的一體型或分體型電磁流量計(jì)。
（7）儀表防護(hù)等級(jí)的選擇。按照國(guó)標(biāo)GB4208-84和應(yīng)用環(huán)境，選用儀表外殼防護(hù)等級(jí)。例如，I P 6 5 為防噴水型，它允許水龍頭從任何方向?qū)x表噴水，儀表仍能正常工作；I P 6 7 為防浸水型，它允許儀表短時(shí)間內(nèi)全部浸入水中仍能正常工作。
（8 ）儀表安裝位置的選擇。由于電磁流量計(jì)不能在不滿管或空管情況下工作，所以應(yīng)保證測(cè)量管在所有時(shí)間內(nèi)必須完全注滿介質(zhì)。
（2 ）使用時(shí)傳感器測(cè)量管必須充滿液體（非滿管型例外）。
（3 ）液體應(yīng)與地同電位。當(dāng)工藝管道是塑料等絕緣材料時(shí)，輸送液體會(huì)產(chǎn)生摩擦靜電，造成液體與地間有電位差，為此需良好接地。
3.1 流量傳感器的安裝
3.1.1 安裝場(chǎng)所
電磁流量傳感器對(duì)安裝場(chǎng)所有以下要求：
（1 ）測(cè)量混合相流體時(shí)，應(yīng)選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所安裝傳感器；測(cè)量雙組分液體時(shí)，傳感器應(yīng)避免裝在混合尚未均勻的下游；測(cè)量化學(xué)反應(yīng)物料時(shí)，傳感器應(yīng)安裝在反應(yīng)充分完成段的下游。
（2 ）盡量避免測(cè)量管內(nèi)形成負(fù)壓。
（3 ）安裝位置應(yīng)選擇震動(dòng)小的場(chǎng)所，特別是一體型儀表。
（4 ）遠(yuǎn)離大電機(jī)、大變壓器等，避免引入電磁干擾。（5 ）選擇易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的位置。
（6 ）盡可能遠(yuǎn)離腐蝕性氣體。
（7 ）環(huán)境溫度應(yīng)在儀表允許范圍內(nèi)，一體型儀表受結(jié)構(gòu)影響，對(duì)安裝環(huán)境溫度的要求更高。
（8 ）環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)在儀表允許范圍內(nèi)。
（9 ）盡可能避免受陽光直照，必要時(shí)加防護(hù)罩。（1 0 ）儀表防護(hù)等級(jí)應(yīng)滿足應(yīng)用要求。
3.1.2、直管段長(zhǎng)度要求：
根據(jù)儀表精度要求，電磁流量傳感器上游通常需有5 D 長(zhǎng)度的直管段，下游是2 D 長(zhǎng)度的直管段。
3.1.3、安裝位置和流動(dòng)方向：
傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。測(cè)量固、液兩相流體***好垂直安裝，自下而上流動(dòng)。可防止水平安裝時(shí)襯里下半部局部磨損嚴(yán)重，低流速時(shí)固相沉淀等缺點(diǎn)。水平安裝時(shí)要使電極軸線平行于地平線，如果電極軸線垂直于地平線，則處于底部的電極易被沉積物覆蓋，頂部的電極易被液體中夾帶的氣泡覆蓋電極表面，造成輸出信號(hào)波動(dòng)。圖1 所示管系中， c 、d 為適宜位置；a 、b 、e 為不宜位置，b 處可能液體不充滿，a 、e 處易積聚氣體，且e 處傳感器后管段短也有可能不充滿。對(duì)于固、液兩相流，c 處亦是不適宜的位置。
圖 1 傳感器安裝位置
3.1.4、旁路管安裝：
在連續(xù)生產(chǎn)的工藝管道上，為了在不影響生產(chǎn)的情況下對(duì)儀表進(jìn)行維修拆裝或內(nèi)部清洗，傳感器應(yīng)盡可能采用與主工藝管道并聯(lián)安裝的方式（旁路管安裝），如圖2所示。正常生產(chǎn)時(shí)截止閥1關(guān)閉，截止閥2、3打開，流體就可流過流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。當(dāng)傳感器發(fā)生故障需拆下維修時(shí)，只要打開截止閥1 ，關(guān)閉截止閥2 、 3 ，就能實(shí)現(xiàn)在不影響生產(chǎn)的情況下對(duì)流量計(jì)進(jìn)行拆除。當(dāng)需要清洗流量計(jì)內(nèi)部時(shí)，只需打開截止閥1 ，關(guān)閉截止閥2 、3 ，然后打開流量計(jì)兩端盲板即可清洗。
圖 2 旁路管安裝
但是對(duì)于管徑大于1 . 5m的管系因投資和空間位置限制，不易實(shí)現(xiàn)旁路管安裝。此時(shí)為了便于管系停止運(yùn)行時(shí)維護(hù)人員進(jìn)入管道檢測(cè)、清洗傳感器內(nèi)壁，需在流量計(jì)附近工藝管道上設(shè)置人孔。
3.1.5、負(fù)壓管系的安裝：
氟塑料襯里傳感器須謹(jǐn)慎地應(yīng)用于負(fù)壓管系。有可能出現(xiàn)負(fù)壓的正壓管系應(yīng)防止產(chǎn)生負(fù)壓，例如液體溫度高于室溫的管系中，當(dāng)管系停止運(yùn)行關(guān)閉傳感器上下游截止閥后，由于流體冷卻收縮就會(huì)形成負(fù)壓，此時(shí)就應(yīng)設(shè)置如圖3 所示的負(fù)壓防止連接。
| 圖 3 負(fù)壓防止連接 |
3.1.6、接地：
傳感器必須單獨(dú)接地（接地電阻100Ω以下）。分離型儀表原則上接地應(yīng)在傳感器一側(cè)，轉(zhuǎn)換器接地應(yīng)在同一接地點(diǎn)。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護(hù)管道上，除了傳感器和接地環(huán)一起接地外，還要用較粗銅導(dǎo)線（1 6m m 2）繞過傳感器，跨接到管道的2 個(gè)連接法蘭上，使陰極保護(hù)電流與傳感器之間隔離。一些應(yīng)用場(chǎng)合的雜散電流過大，如電解槽沿著電解液的泄漏電流影響電磁流量計(jì)正常測(cè)量時(shí)，可采取在流量傳感器與其連接的工藝管道之間進(jìn)行電氣隔離的辦法。對(duì)有陰極保護(hù)的管道，如果陰極保護(hù)電流影響E M F 測(cè)量時(shí)，也可以采取本方法。
3.2、轉(zhuǎn)換器安裝和連接電纜：
轉(zhuǎn)換器和傳感器間距離受被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率和信號(hào)電纜型號(hào)（即電纜的分布電容、導(dǎo)線截面和屏蔽層數(shù)等）的制約，需選用制造廠隨儀表所附（或規(guī)定型號(hào)）的信號(hào)電纜。一般儀表“使用說明書”對(duì)不同電導(dǎo)率液體提供允許的傳輸距離范圍。通常，單層屏蔽電纜的傳送距離為100 m。
為避免引入干擾信號(hào)，信號(hào)電纜必須單獨(dú)穿在接地保護(hù)鋼管內(nèi)，不能把信號(hào)電纜和電源線安裝在同一鋼管內(nèi)。
4、結(jié)語：
隨著企業(yè)全面走向市場(chǎng)，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理將進(jìn)一步深化，流量計(jì)量越顯重要。電磁流量計(jì)作為工業(yè)流量測(cè)量?jī)x表的一種，只有在正確選型、安裝和使用的前提下才能更好地發(fā)揮其作用，滿足企業(yè)計(jì)量的要求，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。