磁場及介質電導率對熱水流（liú）量計測量的影（yǐng）響分析
點擊（jī）次數：1953 發布時間：2021-09-01 09:57:03
熱水流（liú）量計是一種安裝與使用都相當方便（biàn）簡單的流量測量儀表，我們在安裝使用（yòng）過程中對於熱水流量計要注意以下三點：流速分布、磁（cí）場邊緣效應以及被測介質電導率，對於基（jī）於電磁感應原理工作的流量計類型，這三個方麵的因素是在其使用過程中特別（bié）重要的。下麵小編針對這三方麵加以介紹：
（一）流速分布的影響（xiǎng）
隻要管內流速為軸對稱分（fèn）布，則電*上（shàng）產生的感（gǎn）生電動勢大小與流動狀態無關，不（bú）論它是層流還是紊（wěn）流，僅與流體的（de）平均流速（sù）成正比．因此，流速分布為軸對稱是熱水流量計（jì）必須滿足的工作條（tiáo）件之一．
假如，流速分布相對管中心為非對稱時，測量就會產生誤差．因為電（diàn）*上得到的感生電動勢e是測量管內所有液體共同貢獻的結果（guǒ），所以每一個流體質點都有貢獻。但由各個（gè）流體質點相對於電*的幾何位置不同，故即使各質點速度一樣，它們對電動勢（shì）e的貢獻也是不同的．越靠近電*的質點對電動勢（shì）e的貢獻越大．也就是說，電*附近的（de）感生電動勢較大，與（yǔ）兩電*平麵成90°的地方的流體產生的感生電勢就小．所以，如果電*附近（jìn）的流速非軸對稱的偏大，測（cè）得的流（liú）量信（xìn）號就比實際流量值大；反之，電*附近的流速非軸對稱的偏小（xiǎo），測得的流量信號也就偏小．因此，為了消除由於流速分布而產生的測量誤差（chà），在電磁流量變送（sòng）器的應有一定長度的直管段，以保證流速的鈾對稱分布．
(二)磁（cí）場（chǎng）邊緣效應（yīng）的影響（xiǎng）
由前述的基本假定（dìng）可知，e＝DB 這一基本表達式是在“長筒流量計”的模型條件下推得的，即假定沿流體的流（liú）動方向上磁場始終是均勻的．實際上，這意味著沿管軸方向上的磁場為無限長，而實際流量計的磁場是有限長的，所以就必須考慮（lǜ）有限長磁場產生（shēng）的邊緣效（xiào）應對測量的影響。
1．絕緣管壁
圖3—34為流量計測量管的縱向視圖．設磁場長度為2L，測量管半（bàn）徑為a．電（diàn）*A和B在磁場中（zhōng）部。則從圖中可見：磁場的中間部分，即電*附近（jìn）大（dà）致是均勻的，兩端則逐漸減弱，形成不均勻的磁場邊線，段後下降為零．這樣，在電（diàn）*附近產（chǎn）生的感生電勢較大，兩端（duān）則較小，從而造成液體內部電場外有的不均勻而產生渦電（diàn）流．由渦電流產生的二次磁通，反（fǎn）過來又改變磁場邊緣部分的工作磁通，使磁場的均勻性進—步遭到破壞。所以，電*上得到的感生電勢與無（wú）限長磁場下的感生電動勢有（yǒu）差別，使測量信號產生誤差．
圖3－34磁場邊緣（yuán）效應
設（shè）在（zài）磁場軸向長度為2L時，電*A和B之間的感生電動勢用eAB表示，而無限長磁場時(L→ )的感應電動勢為e．用（yòng）S來表示它們的比值，即
S＝
顯然（rán），我們（men）希望S值越接近於1越好。也就（jiù）是說，希望磁場軸向長度為有限長時電*上產生的感生電動勢盡可能接近（jìn）於無限長時的（de）值．若以L／d表示磁場軸（zhóu）向長度與管道內徑之比（bǐ），則根據計算，在（zài）測量管是絕緣管壁的條件下，S與L／d的關係如圖3—35所示（shì）．由圖可（kě）知，在保證S＝0．99的情況下，L/ d的比值範圍大致為（wéi）L／d＝2．8—3．04．這就（jiù）是說，為了減少磁場地緣的影響，勵磁線圈的長度應為測量管內（nèi）徑的2. 8—3．04倍，這樣才可以使電*上產生電動勢接近於無限（xiàn）長磁場時的值。
圖3－35 S與L / d的關係
2．導電管壁
圖3－36 導電管壁S與L / a的關係
圖3－37液態金屬磁場邊緣效應
如果測量管是導電的，由於導電管壁（bì）的短路作（zuò）用，磁場邊緣效應就（jiù）會（huì）更加明顯，並導致電（diàn）*上感生電動勢損失的增加．隨著管壁導電（diàn）率和壁厚的變化，這（zhè）種影響也將隨之改變．若以 表示管壁厚度，K表示管壁（bì）電導率，d和 仍然分別表示測量管內半徑和被測液體電導率，則可用（yòng）L／d和a＝ 來表示不同情況下邊緣（yuán）效應的影響程度，如圖3—36所示．
由圖可知，同樣的L／d值，測量管的（de）電導率越大，管（guǎn）壁越厚，這種影響（xiǎng）也就越（yuè）大，即（jí）感生電動勢的損失也就越嚴重a＝0即相當於管避絕緣的情況(K＝0)，其結果與圖3－35所示的一樣．所以，對熱水流量計來說，測量管壁絕緣是非常必要的．
3．液態金屬的邊緣效應
如前所述，由於勵磁線圈兩端的磁感應強度（dù）B是逐漸（jiàn）減弱的，形成了不均勻的邊緣，使被測介（jiè）質在磁場的邊緣區域內產生（shēng）渦電流（liú），對測（cè）量產生影（yǐng）響．當被測介質是電導率*高的液態金屬時，這個渦電（diàn）流的影響就很大。
如圖3－37所示，由磁場邊緣（yuán）效應產（chǎn）生的渦電流會引起二次磁通，使工作磁場的邊緣發生畸變，出於左側邊緣的磁場是逐漸增強的，所以左側的渦電流就企圖去削弱這種增強；而右側的渦電流，由於右側的磁場逐漸減弱，阻止這種削弱．這樣就造成（chéng）了整個磁（cí）場的畸變，便（biàn）它相對（duì）於電（diàn）*軸不對稱．
上述這種效應在值流勵磁的情況下雖有一定影響，但問題不（bú）大．如果采用交流勵磁的話，隨著（zhe）勵磁電流頻率（lǜ）的增加，這種邊緣（yuán）效應的影響就比較嚴重．
如果被測介質中含有導磁性物質，例如含有鐵、鑽、鎳之類的金屬時，磁場邊緣效應的影響就更加複雜化．在理論上研究這種效應時，常用（yòng）一個純數，即磁雷諾數RM＝ ud來表征這個效（xiào）應影響的大小．其中， 和 分別是介質的（de）磁導率和電導率；u為介質流速；d為測量管半徑．研究表明，如果RM值不（bú）大，並（bìng）且磁（cí）場邊緣離電*不太近的情況下，即使介質（zhì）中含有微量的導磁性物質，對測量的（de）影響（xiǎng）仍可忽略（luè）．相反RM值很大，而且磁場邊緣離（lí）電*又比較（jiào）近的，則由於（yú）工作磁場的畸變（biàn）將給測量造成嚴重（chóng）的影響。所以，熱水流量（liàng）計要求（qiú）被測介質非磁性是（shì）必要的．另外，對於液態金屬，一般采用直流勵磁以減少磁場邊緣效（xiào）應．
(三)被測介質電導率的影響
目前，熱水流（liú）量計轉換路的輸入阻抗已有所提高，測量導電性液體時，一般不會因介質電導率稍有變化而引起誤差，但對於一定的轉（zhuǎn）換器輸入（rù）阻抗（kàng），被測介（jiè）質的電導率有一個下限值 min，不能低於該下限值．
被測介質的電導率太（tài）大也是不允許的。例如當電導率超過10－1(S／cm)左右時，就會降低流量（liàng）信號，改變指示值，即指示流量值小於實際流量值．這是因為在電磁流量變送器中，磁場為有限（xiàn）長（zhǎng），被測的導電液體隻有（yǒu）流過有限磁場時，才能產生感（gǎn）生電動勢e．所以（yǐ），代表流量（liàng）信號的感生電動勢（shì）e是磁場部分的導電液體切割磁力（lì）線的（de）結果，磁（cí）場兩端以（yǐ）外的導電（diàn）液體沒（méi）有對e作出任何貢獻．相反，由於它們也是和（hé）兩個電*連通的，故也就（jiù）構成了一部分外電路（lù）。當（dāng）變送器與轉換器連接在一起時，這部分外電路（lù）就與轉換器輸入阻（zǔ）抗相並聯而成為（wéi）變送器的負載．當被測介質的電（diàn）導率很大時，外電路的電阻較小，達時（shí）不（bú）管轉換器的（de）輸入阻抗有多（duō）高，並聯（lián）的結果將取決於這部分液體外電路，從而減（jiǎn）小變送器與轉換器之間的傳輸精度。
所以，對一個熱水流量計來說（shuō），測量不受介質電導率影響是有一定範圍的，被（bèi）測介質電導串既不能（néng）太大，也不能太小。隨著電子技術的發展，轉換器輸入阻抗的提高，必（bì）將可以降低被測介質電導（dǎo）率的下限。
熱水流量計的安裝要求與注意事項（xiàng） 熱水流量計的工作原理介紹（shào） 熱水流量計在供水行（háng）業中的安裝配置及使用狀況（kuàng）分析 磁場及介質電導率對熱水流量計測量的影響分析 熱水流量計清洗管（guǎn）道的連接及（jí）傳感器在地下管道中的安（ān）裝 管道熱水流量計的（de）原理特點與在聚乙烯醇測量中的應用 對於供暖管（guǎn）道熱水流量計（jì）等（děng）自動化儀表的設計與應用 使用供暖熱水流量計計量鋼廠工業水的應用（yòng）分析 對於供水（shuǐ）計（jì）量鍋爐熱（rè）水流量（liàng）計的安裝與管（guǎn）理問題研究 汙水處理監管升級新型熱水流量計市場（chǎng）需求引爆 供熱水流量計流量測量應（yīng）用成熟，適用於新技術創新 淺析空調冷水熱水流量計製造技術應用發展及頸瓶 集熱（rè）水流量計輸出（chū）信號出現波動（dòng）的三個*常見原因 衛生熱水流（liú）量計漂移產生的原因及（jí）有效去除方法 在熱水處理中暖氣熱水流量計的特點比較及（jí）選型 影響分體式熱（rè）水流量（liàng）計測量精（jīng）度因素（sù）及提高準確性的對策（cè） 酒店熱水專用流量計的特點與安裝要求 供暖熱水流量計廠家為您詳述產（chǎn）品優（yōu）點及不足之處 生產廠家對於暖（nuǎn）氣熱水流量計（jì）安裝要（yào）求的（de）技術指導（dǎo）說明 探究影響熱水（shuǐ）流量計電磁損耗的具體原因 鍋爐熱水流量計在西鋼煉鋼工程中的應用實例說（shuō）明 熱力站熱水流量計在強（qiáng）腐（fǔ）蝕（shí）環境下的問題及解決方案 空調熱水流量計在（zài）調試期與運行期故障有（yǒu）哪些典型的故障 五（wǔ）點要求說明空（kōng）調冷熱水流量計（jì）的傳（chuán）感器該正確安裝方法 冷熱水流量（liàng）計（jì）的外部電磁幹擾及如何進行的電（diàn）磁兼容性分析 供暖熱水流量計在（zài）水油（yóu）混合物誤差分析 常壓熱水鍋爐熱水流量計的硬件與（yǔ）程（chéng）序設計（jì） 采暖熱水流量計為複雜（zá）的慢流量測量提（tí）供了解決方案 攪拌器葉片對冷熱（rè）水流量（liàng）計流量測量精度的影響 供熱（rè）熱（rè）水流量計生產廠家為您分（fèn）析流量（liàng）計產生誤差的原（yuán）因
（一）流速分布的影響（xiǎng）
隻要管內流速為軸對稱分（fèn）布，則電*上（shàng）產生的感（gǎn）生電動勢大小與流動狀態無關，不（bú）論它是層流還是紊（wěn）流，僅與流體的（de）平均流速（sù）成正比．因此，流速分布為軸對稱是熱水流量計（jì）必須滿足的工作條（tiáo）件之一．
假如，流速分布相對管中心為非對稱時，測量就會產生誤差．因為電（diàn）*上得到的感生電動勢e是測量管內所有液體共同貢獻的結果（guǒ），所以每一個流體質點都有貢獻。但由各個（gè）流體質點相對於電*的幾何位置不同，故即使各質點速度一樣，它們對電動勢（shì）e的貢獻也是不同的．越靠近電*的質點對電動勢（shì）e的貢獻越大．也就是說，電*附近的（de）感生電動勢較大，與（yǔ）兩電*平麵成90°的地方的流體產生的感生電勢就小．所以，如果電*附近（jìn）的流速非軸對稱的偏大，測（cè）得的流（liú）量信（xìn）號就比實際流量值大；反之，電*附近的流速非軸對稱的偏小（xiǎo），測得的流量信號也就偏小．因此，為了消除由於流速分布而產生的測量誤差（chà），在電磁流量變送（sòng）器的應有一定長度的直管段，以保證流速的鈾對稱分布．
(二)磁（cí）場（chǎng）邊緣效應（yīng）的影響（xiǎng）
由前述的基本假定（dìng）可知，e＝DB 這一基本表達式是在“長筒流量計”的模型條件下推得的，即假定沿流體的流（liú）動方向上磁場始終是均勻的．實際上，這意味著沿管軸方向上的磁場為無限長，而實際流量計的磁場是有限長的，所以就必須考慮（lǜ）有限長磁場產生（shēng）的邊緣效（xiào）應對測量的影響。
1．絕緣管壁
圖3—34為流量計測量管的縱向視圖．設磁場長度為2L，測量管半（bàn）徑為a．電（diàn）*A和B在磁場中（zhōng）部。則從圖中可見：磁場的中間部分，即電*附近（jìn）大（dà）致是均勻的，兩端則逐漸減弱，形成不均勻的磁場邊線，段後下降為零．這樣，在電（diàn）*附近產（chǎn）生的感生電勢較大，兩端（duān）則較小，從而造成液體內部電場外有的不均勻而產生渦電（diàn）流．由渦電流產生的二次磁通，反（fǎn）過來又改變磁場邊緣部分的工作磁通，使磁場的均勻性進—步遭到破壞。所以，電*上得到的感生電勢與無（wú）限長磁場下的感生電動勢有（yǒu）差別，使測量信號產生誤差．
圖3－34磁場邊緣（yuán）效應
設（shè）在（zài）磁場軸向長度為2L時，電*A和B之間的感生電動勢用eAB表示，而無限長磁場時(L→ )的感應電動勢為e．用（yòng）S來表示它們的比值，即
S＝
顯然（rán），我們（men）希望S值越接近於1越好。也就（jiù）是說，希望磁場軸向長度為有限長時電*上產生的感生電動勢盡可能接近（jìn）於無限長時的（de）值．若以L／d表示磁場軸（zhóu）向長度與管道內徑之比（bǐ），則根據計算，在（zài）測量管是絕緣管壁的條件下，S與L／d的關係如圖3—35所示（shì）．由圖可（kě）知，在保證S＝0．99的情況下，L/ d的比值範圍大致為（wéi）L／d＝2．8—3．04．這就（jiù）是說，為了減少磁場地緣的影響，勵磁線圈的長度應為測量管內（nèi）徑的2. 8—3．04倍，這樣才可以使電*上產生電動勢接近於無限（xiàn）長磁場時的值。
圖3－35 S與L / d的關係
2．導電管壁
圖3－36 導電管壁S與L / a的關係
圖3－37液態金屬磁場邊緣效應
如果測量管是導電的，由於導電管壁（bì）的短路作（zuò）用，磁場邊緣效應就（jiù）會（huì）更加明顯，並導致電（diàn）*上感生電動勢損失的增加．隨著管壁導電（diàn）率和壁厚的變化，這（zhè）種影響也將隨之改變．若以 表示管壁厚度，K表示管壁（bì）電導率，d和 仍然分別表示測量管內半徑和被測液體電導率，則可用（yòng）L／d和a＝ 來表示不同情況下邊緣（yuán）效應的影響程度，如圖3—36所示．
由圖可知，同樣的L／d值，測量管的（de）電導率越大，管（guǎn）壁越厚，這種影響（xiǎng）也就越（yuè）大，即（jí）感生電動勢的損失也就越嚴重a＝0即相當於管避絕緣的情況(K＝0)，其結果與圖3－35所示的一樣．所以，對熱水流量計來說，測量管壁絕緣是非常必要的．
3．液態金屬的邊緣效應
如前所述，由於勵磁線圈兩端的磁感應強度（dù）B是逐漸（jiàn）減弱的，形成了不均勻的邊緣，使被測介（jiè）質在磁場的邊緣區域內產生（shēng）渦電流（liú），對測（cè）量產生影（yǐng）響．當被測介質是電導率*高的液態金屬時，這個渦電（diàn）流的影響就很大。
如圖3－37所示，由磁場邊緣（yuán）效應產（chǎn）生的渦電流會引起二次磁通，使工作磁場的邊緣發生畸變，出於左側邊緣的磁場是逐漸增強的，所以左側的渦電流就企圖去削弱這種增強；而右側的渦電流，由於右側的磁場逐漸減弱，阻止這種削弱．這樣就造成（chéng）了整個磁（cí）場的畸變，便（biàn）它相對（duì）於電（diàn）*軸不對稱．
上述這種效應在值流勵磁的情況下雖有一定影響，但問題不（bú）大．如果采用交流勵磁的話，隨著（zhe）勵磁電流頻率（lǜ）的增加，這種邊緣（yuán）效應的影響就比較嚴重．
如果被測介質中含有導磁性物質，例如含有鐵、鑽、鎳之類的金屬時，磁場邊緣效應的影響就更加複雜化．在理論上研究這種效應時，常用（yòng）一個純數，即磁雷諾數RM＝ ud來表征這個效（xiào）應影響的大小．其中， 和 分別是介質的（de）磁導率和電導率；u為介質流速；d為測量管半徑．研究表明，如果RM值不（bú）大，並（bìng）且磁（cí）場邊緣離電*不太近的情況下，即使介質（zhì）中含有微量的導磁性物質，對測量的（de）影響（xiǎng）仍可忽略（luè）．相反RM值很大，而且磁場邊緣離（lí）電*又比較（jiào）近的，則由於（yú）工作磁場的畸變（biàn）將給測量造成嚴重（chóng）的影響。所以，熱水流量（liàng）計要求（qiú）被測介質非磁性是（shì）必要的．另外，對於液態金屬，一般采用直流勵磁以減少磁場邊緣效（xiào）應．
(三)被測介質電導率的影響
目前，熱水流（liú）量計轉換路的輸入阻抗已有所提高，測量導電性液體時，一般不會因介質電導率稍有變化而引起誤差，但對於一定的轉（zhuǎn）換器輸入（rù）阻抗（kàng），被測介（jiè）質的電導率有一個下限值 min，不能低於該下限值．
被測介質的電導率太（tài）大也是不允許的。例如當電導率超過10－1(S／cm)左右時，就會降低流量（liàng）信號，改變指示值，即指示流量值小於實際流量值．這是因為在電磁流量變送器中，磁場為有限（xiàn）長（zhǎng），被測的導電液體隻有（yǒu）流過有限磁場時，才能產生感（gǎn）生電動勢e．所以（yǐ），代表流量（liàng）信號的感生電動勢（shì）e是磁場部分的導電液體切割磁力（lì）線的（de）結果，磁（cí）場兩端以（yǐ）外的導電（diàn）液體沒（méi）有對e作出任何貢獻．相反，由於它們也是和（hé）兩個電*連通的，故也就（jiù）構成了一部分外電路（lù）。當（dāng）變送器與轉換器連接在一起時，這部分外電路（lù）就與轉換器輸入阻（zǔ）抗相並聯而成為（wéi）變送器的負載．當被測介質的電（diàn）導率很大時，外電路的電阻較小，達時（shí）不（bú）管轉換器的（de）輸入阻抗有多（duō）高，並聯（lián）的結果將取決於這部分液體外電路，從而減（jiǎn）小變送器與轉換器之間的傳輸精度。
所以，對一個熱水流量計來說（shuō），測量不受介質電導率影響是有一定範圍的，被（bèi）測介質電導串既不能（néng）太大，也不能太小。隨著電子技術的發展，轉換器輸入阻抗的提高，必（bì）將可以降低被測介質電導（dǎo）率的下限。
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