電磁流量計的幹標定原理及实现方法
發布日期:2019-03-12 14:04
電磁流量計作为一种高性能液体流量計量仪表,具有测量精度高、量程宽、无压损和适合于大口径计量等独有优势,其测量不受流体的密度、粘度、温度、压力以及一定范围内的电导率变化的影响,测量介质可以是粘性介质、浆液、悬浮液甚至多相流。经过近一个世纪的发展,目前電磁流量計欧美成的計量精度已達到±05%甚至更高,口徑範圍由3mm到4000mm2,其中直徑1m以上的大口徑電磁流量計欧美成通常是高性能大口径液体流量計欧美成的佳选。在水利工程、市政建设和环境保护等领域中,这样的大口径電磁流量計具有很广泛的应用。
目前,電磁流量計普遍采用实流标定,标定精度一般为±0.2%。该标定方法的ZUI大优点为可通过调整仪表内部设定系数来修正由于制造一致性差而引入的误差,从而降低对欧美成制造一致性的要求,因此被绝大多数電磁流量計厂家采用。但实流标定存在两个缺陷:①大口径流量計实流标定装置制造价格昂贵,标定成本高。如:实流标定1.2m口径的仪表,需要250kW的水泵连续提供约15ts的流量,标定时间约2~4h,标定装置造价约300万英镑3。②实流标定装置所产生的流场通常为理想流场,而多数工业现场工况复杂,流量計上、下游直管段长度往往难以达到要求,从而使流量計的实际使用误差远远大于实流标定装置上所测出的误差。正因如此,许多科学家热衷于研究权重磁场分布的電磁流量計,以期实现流速分布对测量精度的影响为零。此外,现有实流标定装置的测量介质大多为水,因此很难利用现有的实流标定装置对多相流、浆液、粘性介质等非常规介质进行标定,在这类实流标定装置上进行模拟各种现场工况的流体运动学和动力学特性研究也十分困难基于以上原因,流量計幹標定技术作为一种无需实际流体便可实现流量計标定的技术,一直被业界所推崇。超声波流量計、差压式流量計、涡街流量計、電磁流量計因其測量原理可追溯性好,被认为是四种最适合幹標定的流量計。但因幹標定技术对相应流量計欧美成的一致性要求较高,只有少数发达工业国家开展了相应研究。目前,某国已成功实现涡街流量計幹標定技术的工业化应用,并建立了相应的工业标准《涡流流量計一流量测定方法》。在電磁流量計领域,英国、俄罗斯两国的欧美成一致性较好,因此其幹標定方法研究也较为先进,其中俄罗斯已成功实现電磁流量計幹標定技术的工业化应用。我国在涡街流量計幹標定技术上做过探索重庆工业自动化仪表研究所于1990年发布了《涡街流量計幹標定研究工作报告》向,是我国在此领域取得的宝贵成果。改革开放以来,我国的電磁流量計产业得到了很好的发展,電磁流量計厂家已从20世纪80年代的4家发展到目前的30多家2,電磁流量計技术水平已接近发达国家,制造水平的提高使不少厂家的欧美成一致性得到了本质性的改善。因此,开展電磁流量計幹標定技术推广与应用的时机已经成熟。
本文通过分析電磁流量計的測量原理,阐明電磁流量計幹標定的原理及困扰其实现工业化应用的关键技术,分析解决这一关键技术的有效途径及基于这一思想的两种实现方法。
1.電磁流量計幹標定原理及關鍵技術
1.1電磁流量計測量原理
電磁流量計測量原理如图1所示,管道内流动的导电液体切割磁力线,将在两端电极间产生电势差ΔU,ΔU与磁通量密度B、液体流速ν符合弗来明右手定则。只要管道内部流场理想、磁场稳定,△U的大小与管道内介质平均流速成严格的线性关系,从而通过测量ΔU的大小可确定管道内介质流量。
電磁流量計由一次传感器及二次仪表组成,二次仪表为一次传感器提供励磁电流,以通过一次传感器内的励磁线圈建立测量所需的磁场。一次传感器将介质实际流量转换为电极间电势差,由二次仪表将电极间电势差转换为显示流量。
 
2.幹標定有效途径及两种实现方法
为了准确地获取有效区域内各点磁场信息,逐点测量的方式显然行不通。目前解决此关键技术的有效方法为:利用電磁流量計磁场的交变特性,通过测量電磁感应所产生的其他物理量间接获取電磁流量計有效区域内的磁场信息。这样,无需直接测取電磁流量計内部磁场,甚至无需求解体权重函数W便可实现電磁流量計的幹標定。英国HEMP,提出的涡电场测量法与俄罗斯VELT71提出的面权重函数法正是基于这种思想:前者通过检测由磁场交变产生的涡电场强度获取磁场信息,实现電磁流量計一次传感器转换系数的测量,无需测量有效区域内各点磁通量密度B与体权重函数W;后者利用按面权重函数等值线绕制的感应线圈与電磁流量計励磁线圈的互感效应获取磁场信息,实现電磁流量計一次传感器转换系数的测量,无需测量有效区域内各点磁通量密度。
2.1渦電場測量法
2.1.1測量原理
涡电场法的理论基础为:電磁流量計测量过程中,交变的磁场将伴随产生涡电场,该电场不受流速分布的影响,通过测量電磁流量計电极所在位置涡电场强度测取一次传感器转换系数。当一次传感器管段内速度分布平坦时,对于正弦信号励磁磁场的一次传感器,有效区域内任意点的速度v、电势U以及涡电场强度在管段轴向方向的分量Ez具有如式,所示关系,对于矩形脉冲信号励磁磁场则如式所示向
由于目前電磁流量計普遍采用矩形脉冲信号励磁,本文只针对矩形脉冲信号励磁磁场展开讨论。基于以上理论,若将電磁流量計一次传感器如图2所示竖立放置,管段内充满被测介质(例如水),磁场交变时水中也将产生一个涡电场

若在流量計两电极处各放入一个传感器,每个传感器由绝缘衬底及一对电极组成,每对电极间距离为δ,则传感器电极间将产生电势差E1、E2,如式)、(8)所示1 aUE1=E6=-6E2=EnsaU,式中U1,U2传感器所在位置,即流量計电极所在位置的电势Ez1,E2传感器所在位置,即流量計电极所在位置的涡电场强度磁通量密度B、流量計电极间电势差△U及涡电场传感器电极间电压E1、E2的信号示意图如图3所示
爲了去除低頻噪聲信號的影響,二次儀表常測取(△U1-△U2)(△U2△U3)轉換爲顯示流量,而非簡單地測取(△U1-△U2)或△U1,因此一次傳感器的轉換系數Kp如式所示
kn=(△U1-△U2)-(△U2-△U3)(9)D-y
式中△Uh1正半周期上测量时刻为t1时,流量計电极间电势差
△U2负半周期上测量时刻为t2时,流量計电极间电势差
△U3正半周期上测量时刻为t3时,流量計电极间电势差
ν—介質平坦流速
D—測量管段內徑
(10)
联立式(7)~(9)便可得到由涡电场传感器电极间输出电压E1、E2获得的電磁流量計一次传感器转换系数Kp1的计算式,如式(10)
从式(10)不难发现,只要测取测量管段内径并对传感器引出的电压信号进行积分便可得到一次传感器的转换系数,从而实现電磁流量計一次传感器的幹標定。
2.1.2技術特點
涡电场检测法可在无需求解复杂的体权重函数,且无需逐点检测有效区域内各点磁通量密度的情况下,实现電磁流量計一次传感器的幹標定。需测量参数相对较少,主要误差源为:①由于传感器电极间距离δ无法做到无穷小,而涡电场强度在管段轴方面的分量Ez沿着管段轴方向并非处处相等,因此将引入误差。②传感器电极本身的轴向宽度将增加电极间距离δ的不确定性,加大δ所引入的误差。③传感器厚度引入的误差。④传感器电极及引线等构成回路引入噪声磁通而带来的误差。根据HEMP的理论计算,对以上误差源进行理论修正后,此方法的基本误差可做到小于±0,2%,符合幹標定的精度要求。
此方法理论模型基于一次传感器管段内速度分布平坦的假设,而无法对非理想流场情况下的一次传感器精度进行检测。但在实流标定装置中,由于有上、下游直管段的保证,一次传感器管段内的流场为完全发展,速度分布趋于平坦,大口径電磁流量計在理想状态下的速度分布更是如此。因此此方法可避免实流标定装置的高成本,降低大口径電磁流量計的标定成本,但无法克服实流标定的第二个缺点。此外,在标定对象为小口径電磁流量計时,由于传感器及其电极尺寸的限制,测量精度将难以保证,因此此方法只适用于较大口径電磁流量計。
2.2面權重函數法
2.2.1測量原理
面权重函数法的理论基础是:按照電磁流量計一次传感器有效区域内的某一表面磁场的分布特性来恢复整个有效区域内空间磁场的特性因電磁流量計的测量通道内除励磁线圈产生的磁场外没有其他外界磁场源,因此磁场可由标量磁势来描述,可用通道表面上的标量磁位势单值地确定整个有效区域内的标量磁位势。在半径为r的通道内定义圆柱坐标系如下:一次传感器通道中心轴为z坐标,半径方向为p坐标,以电极所在位置为起点逆时针方向为6坐标,电极所在位置坐标为(z=0;p=r;0=±丌)相应地,电极间电势差△U可用式来表示
式中Ln—Bee函數
L -Bessel函数导数
G—Gren函數
v2—流速ν在z坐標方向上的分量
流速ν在p坐標方向上的分量
ve—流速ν在θ坐標方向上的分量
从式(12)不难看出,面权重函数W(z,0)除了与体权重函数一样由几何位置、管道结构、电极距离与尺寸决定外,还包含了各点的流速分布信息。我国从俄罗斯引进的“ POTOK”装置中,Wn(z,O)被用于按其等值线绕制线圈作为一次传感器幹標定所用的MFC传感器。按照其操作手册,测量时以电极所在位置为参考点,将MFC传感器对称地放入通道中,如图4所示。
由于流量計励磁线圈与MFC传感器中线圈的互感作用,流量計磁场交变时,MFC传感器将有电压信号输出,如图5所示
圖5中MFC傳感器輸出信號Uou與一次傳感器轉換系數存在如下關系
式中K—修正系数,式(14)中的积分运算由辅助电路完成,修正系数K可通过干湿标定对比试验获得,即以N(具体数值由欧美成一致性决定)台已经过实流标定的一次传感器为样本进行幹標定,通过实流标定数据与幹標定数据的对比,获取幹標定所需K的确切值。经过对比试验修正后的幹標定装置可用于对与样本同口径的其他一次传感器进行幹標定。
 
3.結論
相对于目前普遍应用的实流标定技术,幹標定技术在降低成本、模拟不同流场和介质方面具有独特的优势,工业化应用前景广阔。如何准确地获取有效区域内各点磁场信息是幹標定技术实现工业化应用的关键所在。利用電磁流量計磁场的交变特性,测量電磁感应所产生的其他物理量间接获取電磁流量計有效区域内磁场信息,是实现幹標定的有效方法,在此基础上,分析了基于这一方法的涡电场测量法与面权重函数法的測量原理、特点及实现方法。分析表明,涡电场测量法无需求解复杂的体权重函数和逐点检测有效区域内各点的磁通量密度,但它只能模拟速度分布平坦的流场情况,无法对非理想流场情况下的電磁流量計进行标定;面权重函数法可避免逐点检测有效区域内各点的磁通量密度,能实现各种流场环境的模拟,克服了实流标定的两大缺点,但需要用干湿标定对比试验进行修正,对比试验工作量较大。

文章信息归江蘇創輝自動化儀表有限公司所有
/view-652-1.html 轉載請注明出處
相關欧美成推薦: 電池供電電磁流量計 插入式電磁流量計 汙水電磁流量計 智能電磁流量計 電磁流量計 不锈钢電磁流量計 衛生型電磁流量計 防腐型電磁流量計 分體式電磁流量計
隨機欧美成: 一种智能自充电式電磁流 電磁流量計现场显示有波 電磁流量計变送器的种类 不能正确地使用電磁流量 研究在不影響流量測量性 電磁流量計中的抗工频干 電磁流量計的防雷事项 GS9校验程序替代電磁流量 電磁流量計检定中不容忽 基于ARM的智能電磁流量計
  • 質量精美
    做工精細,品質保證
  • 物流代收
    代收貨款,見貨打款
  • 款到發貨
    款到發貨,快递到达
  • 維修保證
    服務保證,質保一年
  • 無憂換貨
    質量問題,7日包換
  • 量多優惠
    质优价廉,量多優惠