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影響泥漿水流量計測量精度因素及提高準確性的工程對策

點擊次數:2204 發布時間:2020-08-12 15:55:21
在(zài)工農業生產、國防建設、科學試(shì)驗、國內外貿易等各個(gè)領(lǐng)域,對於流量測量的需求是一項很普遍的(de)測量工作,因為流(liú)量的測量是測量的(de)動態物理量,測量(liàng)的介質也各不一樣,不同的介質的特性對於流量測量的要求各不(bú)一樣(yàng),測量現場的條件也(yě)有差異,所以就(jiù)導致了流量測(cè)量的準(zhǔn)確性與可靠性較難保證。針對於不一樣的工況條件,目前市場上的儀表(biǎo)類型有(yǒu)速度式流量計、容積(jī)流量計、動量式流量計、泥漿水流量計、超聲波流量(liàng)計等幾十種流(liú)量計。其中泥漿水流量計的應用特別(bié)廣泛,它以其優(yōu)越的性能,在諸多領域(yù)被廣泛采(cǎi)用。
如何對泥漿水流量計進行精確的測量,解決現場測量的常見的“測不準”的現象。針對(duì)於這個情況,本文分析了被測介質電導率、流速分布與直管段、電*結垢與附著層、安裝(zhuāng)條件和運行環境5方麵工程因素對泥漿水流量計準確測量的影響,提出了(le)提高電磁流量測量準(zhǔn)確性的工(gōng)程對策。從而保證泥漿水流量計在工程應用中能夠準確測量,使其充分發揮其計量作用,為流量檢測提供可靠的測量數(shù)據。在確保泥(ní)漿(jiāng)水流量計本身計量檢定合格的基礎(chǔ)上,分(fèn)析了工程上影響泥漿水流(liú)量計(jì)測量準確性的因素,提出(chū)了提高泥漿水流量計測量準確(què)性的工程(chéng)實施方法(fǎ).
1 影響泥漿水流量計準確測量因素(sù)
泥漿水流量計是根據法拉*電磁感應(yīng)定律(lǜ)來工作的(de),即導(dǎo)電流體以平均速度v流過(guò)垂直於流動方(fāng)向(xiàng)的磁場,其(qí)感應電勢E通過與流體直接接觸的電*(又(yòu)稱傳感器)檢測出來.
E=KBvD ,(1)
式中:K為儀表常數;B為磁感應強度(T);v為流體(tǐ)運動平均速度(m/s);D為管道內徑(m).
當K、B、D確定下來後(hòu),E與v成正比.其工作原理和結構如圖(tú)1所示.根據流體的體積流量公式:
Q=1/4πD2v ,(2)
Q是v的正(zhèng)比函數,代入公式(1),那麽E也是Q的(de)正(zhèng)比(bǐ)函數,由此,測出(chū)了感應(yīng)電(diàn)壓E也即測出了介質的體積流量Q.

泥漿水流量計工作原理圖
泥漿(jiāng)水流量計由流(liú)量傳感器(qì)和(hé)轉(zhuǎn)換器兩大部(bù)分組成(chéng).傳感器測出的感(gǎn)應電壓E由電纜(lǎn)送至轉換器,通過智能化處理,然(rán)後LCD顯示,或(huò)轉換(huàn)成標準信號4~20mA輸出.根據以上測量原(yuán)理,實際使用中,影(yǐng)響泥漿水流(liú)量計準(zhǔn)確測量的工程因素主要有以下(xià)5個方(fāng)麵:
(1) 被測介質電導率的影響.被測(cè)流體(tǐ)的電導率決定了轉換器(qì)所需的輸入阻抗大小,流體電導(dǎo)率(lǜ)降低,電*的輸(shū)出阻抗將增加,並(bìng)且由轉換器輸入阻抗引(yǐn)起負載效應而產生誤(wù)差.因此,泥漿水流量(liàng)計應用中規定了流體的電(diàn)導率的下限.理論上,把(bǎ)電*看作點電*,忽略其(qí)大小,實(shí)際上,電*有一定尺寸,當直徑(jìng)為d的圓形電*與電導率為ρ的半無限展寬的流體接觸時,其展寬電阻為1/(2ρd),因此,如果管(guǎn)道直徑Dd,則電*的輸(shū)出阻抗為兩個展寬電阻之和,即等於1/(ρd).一般測量的流體電導(dǎo)率ρ的下限為5~10μs/cm,所以,若(ruò)電(diàn)*直徑(jìng)d為1cm,則電*的(de)輸出阻抗就為1/(ρd)=100~200kΩ,為使(shǐ)輸出阻抗的影(yǐng)響限製在0.1%以(yǐ)下,轉換器的輸(shū)入(rù)阻抗應為200MΩ左右.對於泥漿水(shuǐ)流量計,選型時必須考慮流體電導(dǎo)率要大於5μs/cm的閾值(即下限值)要(yào)求(qiú).
(2) 流速分布與直管段的影(yǐng)響.根(gēn)據公式(1)知,如果流速以中心軸為對稱流動,感應電勢與流速分(fèn)布無(wú)關,僅正比於平均流速.若流速為非中心軸對稱分布,圖2表示90°彎頭與突擴管(guǎn)的流線分布與(yǔ)速(sù)度(dù)剖麵(miàn),每個流動(dòng)質點相對於電*幾何位置不同(tóng),對電*產(chǎn)生的感應電動勢大小也不同,越(yuè)靠(kào)近電*,速度大的質點所產(chǎn)生(shēng)的感應電動勢越大(dà),容易引起誤差,因此,必須保證流體流速為中心軸對稱.工程上,正確(què)的安裝可以減小此類誤差。
泥漿水流量計彎頭及突變(biàn)管(guǎn)的流速分布圖
盡管(guǎn)泥漿水流(liú)量計生產廠家不斷追求流量計(jì)本身的(de)精度,但實際工程中,工藝管道中的彎(wān)管、閥門等都會引起流動畸(jī)變、二次流或漩(xuán)渦,破壞了原有充分均勻的流速分布狀況(kuàng).隻(zhī)有經過相當長的直管段(duàn),才能讓流體恢複其軸對稱的流速分布.若實際工藝管道上下遊(yóu)直管段不足,可(kě)以(yǐ)通過安裝流動調整器來調整.
(3)電*結垢(gòu)和附著層的影響.在測量如紙漿、汙水等非清潔流體時,電*表麵易受汙染(rǎn),引起零點變動,但零點變化和電*汙染程度兩者的關係,很難進(jìn)行定量分析比較,根據經驗,電*直徑越(yuè)小,所受的影響越少(shǎo),在使用(yòng)中,應注意(yì)電*的清(qīng)汙,以防止(zhǐ)附著.
設在襯裏上附著沉澱物時產生的誤差Δε,如果附著的厚度是一樣,則可由式(3)計算:
Δε=1-2/[1+(kω/kf)+(1-kω/kf)*(1-2t/D)2] ,(3)
式中:kω、kf分別為附(fù)著物和測量流體的電導率;t為附著物厚度;D為直徑.
若式(3)中kω和(hé)、kf相等,則誤差為零,附(fù)著物的電導率較低(dī)時,上式仍(réng)然成立(lì),但會增(zēng)加電*的輸出阻抗,因此受到限製,如絕緣性沉(chén)澱物浸在流體中就是這種(zhǒng)情況.相反,如附(fù)著金屬粉(fěn)末等,因高電導率的(de)附著層,使感應電(diàn)勢短路,電*輸出偏低,造成負偏差.在測量具有沉(chén)澱附(fù)著物的流體時,可通過合理選擇(zé)傳(chuán)感器(qì)內襯材(cái)料等(děng)方法減少測量誤差,除了選擇如(rú)玻璃或聚四(sì)氯乙(yǐ)烯等難以附著沉澱的襯裏外,還應增加其(qí)流速,流體快速(sù)流動的同時能夠起(qǐ)到衝刷電*、清潔(jié)電*的作用,減少誤差.
(3) 安裝條件的影響.泥漿水流量計要求滿(mǎn)管測量、流速分布軸對稱、可靠(kào)的接地等,否則可能(néng)現輸出晃動、示值不準等(děng)現象.這可通過規範安裝操作以使測量準確性得到提高(gāo).
(4) 運行環境的影響.泥漿水流量計因輸出(chū)信號較弱,對機械振(zhèn)動比較敏感,測量結果易受幹擾,運行時,不允許管道振動和(hé)周圍(wéi)有大的電器如電焊(hàn)機(jī)等.
2 提高(gāo)電磁流(liú)量測量準確性的工程對策
2.1正確選型
泥漿水流量計的選型考慮因(yīn)素很多,有儀表性能、流體特性、安裝條件、環境條件和經濟等方麵的因素,從測量準(zhǔn)確性的角(jiǎo)度,可從下麵兩方麵考慮.
(1) 傳感器口徑(jìng)選擇.傳感器口徑的選(xuǎn)擇關係到流體(tǐ)在管道中(zhōng)的流速大小,影響到輸出電勢值.因此,傳感器口徑不一定與連接的工藝管道口徑相(xiàng)同,應根據實際使用流量而(ér)定.當管道內流體的流速在1.5~3m/s,選擇傳感器口徑的與工藝管道口徑相同即可,且安裝方便;當管內(nèi)流體流速較低,低於0.5m/s時,儀表口(kǒu)徑(jìng)應改為小於管徑,以異徑管(guǎn)連接管道.
(2) 襯裏、電*材料的(de)選擇要點.電*是泥漿水(shuǐ)流量計拾(shí)取流量信號的部件,在測量(liàng)過程中,隻(zhī)有它和接地環、接地電*與被測介(jiè)質接(jiē)觸,因此,為了適應不同介質的測量條件,比(bǐ)如流體(tǐ)介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性、磨(mó)損(sǔn)性等的要求,要選(xuǎn)用不同的內襯、電*材料.
泥漿水流量(liàng)計的內襯(chèn)材料(liào)有耐腐蝕性中(zhōng)等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠材料(liào),耐磨損性強而耐腐蝕(shí)性能一般的聚氨脂橡膠,耐腐蝕性能強和適於溫度高的聚四(sì)氟乙烯,化(huà)學性質等同於聚四氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯,耐稀酸、堿、鹽的溫度60℃的聚(jù)乙烯和溫(wēn)度100℃的聚苯硫醚等.
泥(ní)漿水流(liú)量計電*的材料有耐鹽和(hé)小於50%濃度堿溶液的鈦(Ti)電*,耐酸和鹽(yán)的鉭(Ta)電*,耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*,不適於鹽酸的哈氏合金C電*和不適於硝酸的哈氏合金B電*,耐腐蝕能力一般、但價格低廉的不鏽鋼316L等(děng).電*材料裝(zhuāng)於傳感器測量管(guǎn)內壁,與被測介質直(zhí)接接觸,故應根據(jù)被測介質(zhì)的腐蝕性選定.
2.2 正(zhèng)確安裝
(1)對安(ān)裝管路的要求.實際工程上,電(diàn)*平(píng)麵(miàn)處(chù)的(de)流速分布已同(tóng)初校時有較大的差別,傳感器上遊管道連接件的配置是引起特殊的流速分布的因素之一,使用中就(jiù)有可能(néng)出現量值偏移.對傳感器前後直管段的要求是保證流速以中心軸為對稱分布,獲得儀表測量精確度的必要條件之一,國標GB/T18659-2002等列舉(jǔ)了對漸縮管(guǎn)、上遊閥、圓弧彎頭*小直管段長度的要求(見表1).

另外,測量管內導電流體電導率不均勻,也會(huì)影響泥漿水流量計(jì)的測量,因此(cǐ),若工藝要求(qiú)在管道中加入其他介質,則(zé)應在流量計下遊進行.如果(guǒ)必須在上遊進行,應在流量計上遊較遠處注入,建議在大於50D以遠(D為測量管內(nèi)徑),以保證(zhèng)流體流動均勻後(hòu)進入(rù)流量計.
(3) 安裝要保證流體充滿(mǎn)測量管.泥(ní)漿水流量計(jì)測量的流量是電*平(píng)麵的平均流速與電*斷麵的麵積的乘積.隻有流(liú)體充(chōng)滿測量管測量才準確.也就是(shì)說,在水平安(ān)裝時,流量計處於*低(dī)部位置的正確安裝方法(fǎ)才能保證流體充滿管道.對於固-液、氣(qì)-液兩相混相流體,傳感器應以垂直或傾斜姿勢安裝,且流體應自下而上流動,防止當傳感器水平安裝時,固體容易沉澱到管(guǎn)道下部、混相(xiàng)中的氣體分離到上部而造成測量誤(wù)差(chà).
(4) 接液與接地.因傳感器輸出信號(hào)是電*間的電壓差,因此要有一個零電位基準點.接液是使用泥漿水流(liú)量(liàng)計(jì)*重要的條件之一,即以導電液體接地作為(wéi)信號的基準電位點.接地是防(fáng)止進入幹擾和安全保護的有效措施,傳(chuán)感(gǎn)器接地*與流體(信號基準零電平)間容易由地回(huí)路引(yǐn)入(rù)各種共模幹擾電壓,影響流量計的使用可靠(kào)性和測量精度.通過接(jiē)地能夠屏蔽靜(jìng)電(diàn)感應(yīng)與電磁感應引起的噪聲電壓;減小接(jiē)地電阻(zǔ)可以(yǐ)降(jiàng)低地回路雜散電流(liú)的壓降(jiàng),減低(dī)共模幹擾電壓,提高測量精度.在連接傳感器的管道內(nèi)若(ruò)塗有絕緣層或是非金屬管道時,傳感器(qì)兩側應(yīng)裝有接地環.金屬管道泥漿(jiāng)水流量計接地連(跨)接方法如圖3.當被測流體電導(dǎo)率比較高、工藝管線比較長時,被測流體的體電阻幾乎為零,使用接液電*能夠穩定地取得信號的基準電位.當測量比較(jiào)低的電導率流(liú)體時,被測流體的(de)體電阻比較高,若利用接液環或接液電*接觸麵太小,易產生信號的不穩(wěn)定.為此應使用接液短管,加大與流體的接觸麵積,減小流體體電阻.

泥漿水流量計傳感器(qì)接地圖示
(5) 盡量避開振動源、磁源.由於泥漿水流量計的測(cè)量感應電壓很小(xiǎo),電壓較低易受外界電磁(cí)噪聲的(de)影響,故在安(ān)裝時應(yīng)盡(jìn)可能避(bì)開振動(dòng)源、磁(cí)源,並進行可靠的接地連接.一般情況要求接(jiē)地電(diàn)阻小於100Ω.對(duì)於防(fáng)爆產品和防雷(léi)擊要求的安裝情況,接地電阻應小於10Ω.同時應注意不能(néng)將流量計的接地(dì)接在大的電器設(shè)備,如變壓器、發電機、變頻電源的外殼(ké)接地上.
3 本文結語
泥漿水流量計在投運前,應對管道及流量計進行徹底檢查,包括管道雜物等(děng)清理,電*處幹燥處理.還包括電氣線路的(de)檢查,*先應對線路的接(jiē)地進行檢測,確保接地可靠後,還需(xū)進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測試.
長期運行時,測量管壁易(yì)附著和沉澱(diàn)物質,若附著是比液體電導率高的導電物質,信號電勢(shì)將被短路而不(bú)能工作,若是非導電層則*先(xiān)應注意電*汙染,譬如選用不易附著尖形或半球(qiú)形突出電*、可更換式電*、刮刀式清垢電*等(děng).非接觸型電*泥漿水流量計附著非導電膜層,儀表仍能工作,但若為高導電層則不能工作.
由於泥漿(jiāng)水(shuǐ)流量計運行環境較為複雜,影響其正常工作的工程(chéng)因素眾多,調(diào)試技術需要不斷總結和更新.總之,隻(zhī)要合理選用(yòng)、正確安裝泥漿水流量計,並采取有效的措施加以維護,就能從工(gōng)程上降低誤差,提高測量的準確性,規範的使用儀(yí)表,還能延長儀表(biǎo)的使用壽命,為生產提供準確可靠的計量數(shù)據.

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