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有效提高酒精流量計測量準確性的工程實施方法介紹

點(diǎn)擊次數:1924 發(fā)布時間:2020-08-15 06:01:04
在工農業生產、國(guó)防建設、科學試驗、國內外貿(mào)易等(děng)各(gè)個領域,對於流量測量的需求是一項很普遍(biàn)的測量(liàng)工作,因為流量的測量是測量的動態物理量,測量的介質(zhì)也各不一樣,不同的介質的特性(xìng)對於流量(liàng)測量的要求各不一樣,測量現場的(de)條件也(yě)有差異,所以就導致了流量測量的準確性與可靠性較難保證。針對於不一樣的工況條件,目前市場上的儀表類型有速度式流量計、容積流量(liàng)計、動量式流量計(jì)、酒精流量計、超聲波流量計等幾十(shí)種流(liú)量計。其中酒精流量計的應用特別廣泛,它以其優越的性能,在諸多領域被廣泛采用。
如何對酒精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(xiàng)。針對於這(zhè)個情(qíng)況,本(běn)文分析了被測介質電導(dǎo)率、流速分布與直管段、電*結垢與附著層、安裝條件和運行環(huán)境5方麵工程(chéng)因素對(duì)酒(jiǔ)精流量計準(zhǔn)確測量的影響,提出了提高電(diàn)磁流量測量準確性的工(gōng)程對策。從而保證酒精流量(liàng)計(jì)在(zài)工程應用中能(néng)夠準確測量,使其充分發揮其計量作用,為(wéi)流量檢測提供可靠的測量數據。在確保酒精流量計(jì)本身計量檢定合格的基礎上,分析了工程上影響(xiǎng)酒精(jīng)流量計測量準(zhǔn)確性的因素,提出了提高酒(jiǔ)精(jīng)流量計測量準確性的(de)工程實施方法.
1、影響酒精(jīng)流量計準確測量因素
酒精流量計是根據法拉*電磁感應定(dìng)律來工作的,即導電流體以平均速度v流過垂直於流動(dòng)方向(xiàng)的磁場,其感應電勢E通過與流體直接接(jiē)觸的電*(又稱傳(chuán)感器)檢測出(chū)來.
E=KBvD ,(1)
式中:K為儀表常(cháng)數;B為磁感應強(qiáng)度(T);v為流(liú)體運動平均速度(m/s);D為管道內徑(m).
當K、B、D確定下來後,E與v成正比(bǐ).其工作原理和結構如圖1所示.根據流體的體積流(liú)量公式:
Q=1/4πD2v ,(2)
Q是v的正比函數,代入公式(1),那麽E也是Q的正比函數,由(yóu)此,測(cè)出(chū)了感(gǎn)應電壓E也即測出了介質的體積流量Q.

酒精流量計工(gōng)作原(yuán)理圖(tú)
酒精流量計由流量傳感器和轉換器兩大部分組成.傳感器測(cè)出的感應電壓E由電纜送至轉換器,通過智能化處理,然(rán)後LCD顯(xiǎn)示,或轉換成標準信號4~20mA輸出.根據以上測量(liàng)原理,實際使(shǐ)用中,影響酒精流量計準確測量的工程因素主要有以下5個方(fāng)麵:
(1)被測介質電導率的(de)影響.被測流體的電導率決定了轉換器所需的輸(shū)入阻抗大小,流體電導率降低,電(diàn)*的輸出阻(zǔ)抗將增加,並且由轉換(huàn)器輸入阻抗引起負載效應而產生誤差.因此,酒精流量計(jì)應用(yòng)中規定了流體的電導率的下限.理論上,把電*看作點電*,忽略其大小,實際上,電*有一定尺寸,當直徑為d的圓形電*與電(diàn)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,如果管道(dào)直徑Dd,則電*的輸出阻抗為兩個展(zhǎn)寬電阻之和,即等於1/(ρd).一般測量的流體電(diàn)導率ρ的下限為5~10μs/cm,所以,若電*直徑d為(wéi)1cm,則電(diàn)*的輸出阻抗就為1/(ρd)=100~200kΩ,為使輸出阻抗的影響限製在0.1%以下,轉換器的輸入阻抗應為200MΩ左(zuǒ)右.對於(yú)酒精流(liú)量計,選型時必須考慮流(liú)體電導率要大於5μs/cm的閾值(即下限值)要求.
(2)流速分(fèn)布與直管(guǎn)段的影響.根據公(gōng)式(1)知,如果流速以中心軸為(wéi)對稱流動,感(gǎn)應電勢與流(liú)速分布無關,僅正比於平均流速(sù).若流速為非中心軸對稱分布,圖2表示90°彎頭與突擴管的(de)流線分布與速度剖麵,每個流動質(zhì)點相對(duì)於(yú)電*幾何位(wèi)置不同,對電*產生的感應電(diàn)動勢大小(xiǎo)也不同,越靠近電*,速度大的質點所產生的感應(yīng)電動(dòng)勢越大,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,正確的安裝可以減小此類誤(wù)差。
酒精流量計彎(wān)頭及突(tū)變管(guǎn)的流速分(fèn)布(bù)圖
盡管酒精流量計生產廠家不斷追求流量計本身的精度,但實際工程中,工藝管道中的彎管、閥門等都(dōu)會引起流(liú)動畸變、二次流或漩渦,破壞了原有充分均勻的(de)流速分布狀況.隻有經過相當長的直管(guǎn)段,才能讓流(liú)體恢複其(qí)軸對稱的流(liú)速分布.若(ruò)實際工藝管道上下遊直管段不足,可以通過安裝流動調整器來調整(zhěng).
(3)電*結(jié)垢和附著層的影響.在(zài)測量如(rú)紙(zhǐ)漿、汙水等非清潔流體時,電*表麵易(yì)受汙染,引起零點變動,但(dàn)零點變化和電*汙染程度兩者的(de)關係,很難進行(háng)定量分析比較,根據經驗,電*直徑越小,所受的影響(xiǎng)越少,在使用中,應注(zhù)意電*的清汙,以防止(zhǐ)附著(zhe).
設在襯(chèn)裏上附著沉澱物時產生的誤差Δε,如果附著的厚度是(shì)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分別為附著物(wù)和測量流體的電導率;t為附著物厚度;D為直徑(jìng).
若式(3)中kω和、kf相等,則誤差(chà)為零(líng),附著物的電導率較低時,上式仍(réng)然成立,但會增加電*的輸出阻抗,因此受到限製,如絕緣性沉澱物浸在流體中就是這種情況.相反,如附著金屬粉末等,因高電導率的附著層,使感應電勢短路,電*輸出偏低,造成負偏差.在測(cè)量具有沉澱附著物的流體時,可通過合理選(xuǎn)擇傳(chuán)感器內襯材料等方法(fǎ)減少測量(liàng)誤差,除了選擇如玻璃(lí)或聚四氯乙烯(xī)等難以附著沉澱的襯裏外,還應增加其流速(sù),流體快速流動的同(tóng)時能夠起到衝(chōng)刷電*、清(qīng)潔電*的作用,減少誤差.
(4)安裝條件的影響.酒精流量計要求滿(mǎn)管測量、流速分布(bù)軸對稱、可靠(kào)的接地等,否則可能現輸出晃動、示值不準等現象.這可通過規範安裝操作以使測(cè)量(liàng)準確(què)性得到提高.
(5)運行環(huán)境的影響.酒精流量(liàng)計因輸(shū)出信號較弱,對機(jī)械振動(dòng)比較敏感,測量結果易受幹擾,運行時,不允許管道振動和(hé)周圍有(yǒu)大的電(diàn)器如電焊機(jī)等.
2、提高電磁流量測量準確性的工程對策
2.1正確(què)選型
酒精流量計的選型考慮(lǜ)因素很多,有儀表性能、流體特性、安(ān)裝條件(jiàn)、環境條件(jiàn)和經濟等方麵的因(yīn)素,從測量準確性的角度,可從下麵兩方麵考慮.
(1)傳感器口徑選擇.傳感器口徑的選擇關係到流體在管道中的流速大小,影響到(dào)輸出電勢值.因(yīn)此,傳(chuán)感器口徑不一定與連接(jiē)的工藝管道口徑相(xiàng)同(tóng),應(yīng)根據實際使用流(liú)量而定.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;當管內流體流(liú)速較低,低於0.5m/s時,儀表口徑應改為小於管徑,以異徑(jìng)管連接管道.
(2)襯裏、電*材料的選擇要(yào)點.電*是酒精流(liú)量計拾取流量信號的部件,在測量過程中,隻有它和接地環、接地電*與被測介質接觸,因此,為了適應不(bú)同介質的測量(liàng)條件,比(bǐ)如流體介質的溫(wēn)度、壓力、腐蝕性、磨(mó)損性等的要求,要選用不同(tóng)的內襯、電*材料.
酒精流量計的內襯(chèn)材料有耐腐蝕(shí)性中(zhōng)等、耐一般低濃度的酸、堿、鹽的氯丁橡膠(jiāo)材料,耐磨損性強而耐腐蝕性能一般的聚氨脂橡膠,耐腐蝕性能強和(hé)適於溫度高的聚四氟乙烯,化學(xué)性質等同於聚四(sì)氟乙烯的抗拉、抗壓聚全氟乙丙烯,耐(nài)稀酸、堿、鹽的溫度<60℃的聚乙烯和溫(wēn)度<100℃的聚苯硫醚等.
酒精流量計電*的材料有耐鹽和小於50%濃度(dù)堿溶(róng)液的鈦(Ti)電*,耐酸和(hé)鹽的鉭(Ta)電*,耐腐蝕能力強的貴金屬鉑電*,不(bú)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(fǔ)蝕能力一般、但價(jià)格(gé)低廉的不鏽鋼316L等(děng).電*材料裝於傳感器測量管內壁(bì),與被測介質直接接(jiē)觸,故應根據被測介質的腐蝕性選定.
2.2 正確安裝
(1)對安裝管路的要求.實際工程上,電*平麵處(chù)的流速分布已(yǐ)同初校時有較大的差別,傳感(gǎn)器上遊(yóu)管道連接件的配置(zhì)是引起特(tè)殊的流速分布的因素之一,使用中就有(yǒu)可能出(chū)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(děng)列舉了對漸縮管、上遊閥、圓弧彎頭*小(xiǎo)直管(guǎn)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,也會影響酒精流量計的測量,因此(cǐ),若工(gōng)藝(yì)要求在管道中加入其(qí)他(tā)介質,則應在(zài)流量計(jì)下遊進行.如果必須在上遊(yóu)進行,應在流(liú)量計上遊較遠處注入,建議在大(dà)於50D以遠(D為測量管內徑),以(yǐ)保證流體流動均(jun1)勻後進入流量計.
(2)安裝要保證流體充滿測(cè)量管.酒精流量計測量的流量是電*平麵的(de)平均流速(sù)與電*斷麵的麵積的乘積.隻(zhī)有流體充滿測量管測量(liàng)才準確.也就(jiù)是說,在水平安裝時,流(liú)量計處於*低部位置的正確安裝方法才能保(bǎo)證流體充滿管道.對於固-液、氣-液兩相混相流體(tǐ),傳感器應以垂直(zhí)或傾斜姿勢安裝,且流體應自下而(ér)上流動,防止當傳(chuán)感器(qì)水平安裝時,固體容易沉(chén)澱到管道下部、混相中的氣體分離到上部而造成測量誤差(chà).
(3)接液與(yǔ)接地.因傳感器輸出信號是電*間的電壓差,因此要有一個零(líng)電位基準點.接液是使用酒精流量計*重要的(de)條件之一,即以導(dǎo)電液體接地作為信號的(de)基準電位點.接地是防止進入幹擾和安全保護的有效措(cuò)施,傳感器接地*與流體(信號基準零電平(píng))間容易由地回路引入各種共模幹擾電壓,影響流量計的使用可靠性(xìng)和測量精度.通過接地能(néng)夠屏蔽靜電感應與電磁感應引起的噪聲電(diàn)壓(yā);減小接地電(diàn)阻可以降低地回路雜散(sàn)電流的壓降,減低共模幹擾電(diàn)壓,提高測量精(jīng)度.在連接傳感器的管道內若塗有絕緣層或是非金屬管道時,傳感器兩側應裝(zhuāng)有接地環.金屬管道酒精流量計接地連(跨)接方法如圖3.當被測流體電導率比較高、工藝管線比較長時,被測流體的體(tǐ)電阻幾乎為零,使用接液(yè)電*能夠(gòu)穩定地取得信號的基準(zhǔn)電位.當測量比較低(dī)的電導率流體時,被測流體的體電阻比較高,若利用接液環或接液電*接觸麵太小,易產生(shēng)信號(hào)的不(bú)穩定.為(wéi)此(cǐ)應使用接液短(duǎn)管,加大與流體的接觸麵積,減小流(liú)體體電阻.

酒精流量計傳感器(qì)接(jiē)地圖示
(4)盡量避開振動源、磁源.由於(yú)酒精流量計的測量感應電壓很小,電(diàn)壓較低易受外界電磁噪聲的影響,故在安裝時應盡(jìn)可能避開振動源、磁源,並進行可靠的接地連接(jiē).一般情況(kuàng)要求接地電阻小於100Ω.對於防爆產品和(hé)防雷擊要求的(de)安裝情(qíng)況,接(jiē)地電阻應小於10Ω.同時應注意(yì)不能(néng)將流(liú)量計的(de)接地接在大(dà)的電器設備,如變壓器、發電機、變頻電源(yuán)的外殼(ké)接地上.
3、本文結語
酒精流量計在投運前,應(yīng)對管道及流量計進行徹底檢查,包(bāo)括管道雜(zá)物等清理,電*處幹燥處理.還包括電氣線路的檢查,*先應對線路的接地進行檢測,確保接地可靠後,還需(xū)進行絕緣電(diàn)阻(zǔ)及接地電阻測試.
長(zhǎng)期(qī)運行時,測量管壁易附著和沉澱物質,若附著是比液體(tǐ)電導率高的導電物質,信號電勢將被短路而不能工作,若是非導電(diàn)層(céng)則*先應注意電*汙染,譬如選用不易附著尖形或半(bàn)球(qiú)形突出電*、可更換式電*、刮(guā)刀式清垢電*等.非接觸型電*酒精流量計附著非導電膜層,儀(yí)表仍能工作,但若為高導電層則不(bú)能工(gōng)作(zuò).
由於(yú)酒精流量計運行環境較為複雜,影響其正常工作的(de)工程因素眾多,調試技術需要不斷總結和更新.總之,隻要合理選用、正確安裝酒精流量計,並采取有(yǒu)效(xiào)的(de)措施加以維護,就能從工程上降低誤(wù)差,提高測量的準確性,規(guī)範的使用儀表,還能延長儀表的使用壽命,為生產提供準確可靠的計量數據.

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