流量监测本课题的来源及研究对象(二)

的液体或气体流量的测量。
 分析比较以上几种流量计的优缺点，前三种中虽然有的测量精度较高，但是都有一定的压力损失，因为这些方法对流动或多或少有些阻力，而且只适用于小管径的流量测量；而电磁式和超声式流量计则可维持管道畅通无阻，或者说压力损失微不足道，而且对于大管径流量测量具有绝对的优势；从电磁式和超声式来比较，超声式对于大管径的流量测量更具有优势，且抗干扰能力比电磁式要强。
1．3．2  电磁流量计简介
 一、概述
 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律研制成功的一种流量计，重要用于测量导电液体体积流量。20世纪30年代便有了比较系统的电磁流量计的理论，20世纪50年代开始进入工业应用领域。20世纪70、80年代电磁流量计技术有了突破性的发展，成为使用广泛的一类仪表，应用领域涉及工业、农业、医学等多个领域，可测介质范围也从电导率很低的蒸馏水到电导率很高的液态金属，并有成熟的耐高温高压及高腐蚀性的设计方法。电磁流量计已基本实现小型化、智能化、一体化，并已有0.2级精度的商品化电磁流量计出现。
 电磁流量计采用的原理与常见的差压式流量计不同，后者需要在管道中设置一定的检测元件，因此也易造成堵塞，且会带来一定的压力损失。而电磁流量计以电磁感应定律为基础，通过安装在管道两侧的磁铁，以流动的液体当作切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测知管道内液体的流速和流量。
 由电磁流量计的测量过程，不难看出它有以下主要优点：
 1）属于非接触性仪表，测量管段是光滑直管，管内没有任何阻碍流体流动的节流元件，不会引起额外的压力损失，节能效果好，可用于测量各种粘度的液体，特别适于测量含固体颗粒的液固混合流，如纸浆、泥浆、污水等。此外除电极外没有其他组件与液体直接接触，因此它还适于测量腐蚀性大的液体，由此形成了独特的应用领域。
 2）流量计测量过程不受被测介质的温度、粘度、密度等因素的影响，因此只需一次经水标定后就可用于测量其他导电液体的流量。
 3）电磁场的产生是极快的过程，因此电磁流量计反应速度快，无机械惯性，可以测量瞬时流量，还可测水平或垂直管道中两个轴向的流量。
 4）流量计输出只与被测介质的流速有关，量程范围宽。
 5）应用口径范围大，小口径、微小口径常用于医药卫生等有卫生要求的场所，中小口径常用于高要求或难测场合，如造纸工业测量纸浆液，大口径多用于给排水工程。
 同时电磁流量计也有以下一些不足之处：不能测较高温度流量；不能测气体、蒸汽以及含有大量气泡的液体；易受外界电磁干扰，造成输出精度受影响；结构复杂，成本较高。
 二、电磁流量计的结构
 在结构上电磁流量传感器由传感器和转换器两部分组成。
 测量管上下装有励磁线圈，通励磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电动势送到转换器，励磁电流则由转换器提供。转换器将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成与流量信号成正比的标准信号输出，最终完成显示、记录和调节控制等功能。
 电磁流量传感器主要由测量管组件、磁路系统等部分组成。
 1．测量管组件
 测量管位于传感器中心，它的材料及制造应满足下列要求：
 1）必须由不导磁材料制成，以使磁力线能进入被测介质；
 2）一般还应由高阻抗材料构成，如玻璃钢或不锈钢，以减小涡电流带俩的损耗。
 3）在使用金属做测量管（如不锈钢）时，整根测量管的内侧应涂有绝缘层或衬垫绝缘套管，以避免流体中的电流被管壁短路。
 2．磁路系统
 磁路系统的作用是要产生一个磁场，而产生的磁场波形由选用的励磁方式决定。励磁方式的不同直接影响到仪表的抗干扰性，常用的有直流励磁、正弦交流励磁、恒电流方波励磁三种。
 （1）直流励磁  利用永磁体或者直流电源励磁产生恒定磁场，简单可靠，受交流磁场干扰小。但其显著缺点是直流感应电动势在两个电极表面形成固定的正负极性，引起被测介质电解，电极间电阻增大，感生的流量产生的电动势减小。所以这种方式只适合于非电解质的导电液体（如液态金属）的测量。
 （2）正弦交流励磁  利用正弦交流电给电磁流量传感器中的励磁绕组供电，产生交流正弦磁场，能避免直流励磁所带来的电极极化问题，缺点是会带来一系列的磁干扰和噪声，如串模干扰和共模干扰。
 创模干扰：在相位上比流量信号滞后90°的干扰信号，途径之一是导电液体和外电路构成的闭合回路在交变磁场作用下产生的感应电动势；其二是被测导电流体形成流柱，在垂直于磁力线的轴向截面上产生涡电流。
 共模干扰：频率相位与流量信号一致的干扰信号，产生的主要原因之一是绝缘电阻和分布电容产生分压；之二是杂散电流在地线上产生压降。
 实际应用中可采用降低电源频率、严格电磁屏蔽、线路补偿、使用独立地线等方法，减小这些干扰的影响。
 （3）恒电流方波励磁  励磁电流大小恒定，克服了直流励磁带来的电极极化问题，但线路较为复杂。
 电磁流量转换器的作用是通过内部的线性放大器将传感器输出的毫伏级电压信号放大，并装换成标准电流、电压或频率输出，实现流量的显示、记录、积算等功能。此外，针对相应的励磁方式，内部电路中还应包括抗干扰电路。
 三、电磁流量计的选用和安装
 （一）选用
 电磁流量计的选用应综合使用场合、被测介质、测量要求等因素来考虑。
 一般的化工、冶金、污水处理等行业可以选用通用型电磁流量计，有爆炸性危险的场合则应选用防爆型，医药卫生等行业则可选用卫生型。
 对于测量精度的选择也应视具体情况而定，应在经济允许范围内追求精度等级高的流量计，例如一些高精度的电磁流量计误差可以达到±（0.5～1）﹪，可用于昂贵介质的精确测量，而一些低精度流量计成本较为低廉，用于对控制调节等一般要求的场合。
 被测介质的腐蚀性、磨蚀性、流速、流量等因素也会影响电磁流量计的选择，实际应用中应因情况而合理选择，具体可查询相关手册。
 （二）传感器的安装
 传感器的安装应注意以下问题：
 1）避免安装在周围有强腐蚀性气体的场所；避免安装在周围有电动机、变压器等可能带来电磁干扰的场合；如果测量对象是两相或多相流体，应避免可能会使流体相分离的场所；避免安装在可能被雨水浸没的场所，避免阳光直射。
 2）水平安装时，电极轴应处于水平，防止流体夹带气泡可能引起的电极短时间绝缘；垂直安装时流动方向应向上，可使较轻颗粒上浮离开传感电极区。
 3）传感器应采取接地措施以减小干扰的影响。在一般情况下，可通过将参比电极或金属管将管中流体接地，将传感器的接地片与地线相连。如果是非导电的管道或者没有参比电极，可以将流体通过接地环接地。
 本控制系统选用常见的电磁流量计作为传感器。
1．4  控制阀概述
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