基于不同條件下電磁流量計(jì)的誤差分析

李兆騏

佛山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)中心 廣東佛山 528000

在工業(yè)領(lǐng)域，電磁流量計(jì)被廣泛應(yīng)用，體現(xiàn)出測(cè)量精度高，使用可靠性高等多種優(yōu)勢(shì)。但是由于使用條件存在干擾，電磁流量計(jì)的計(jì)量會(huì)存在誤差，對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算造成影響，因此有必要采取有效措施將誤差控制在合理范圍內(nèi)，以保證計(jì)量結(jié)果的真實(shí)性，有效性。

1 電磁流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)

1.1 工作原理

電磁流量計(jì)多用于測(cè)量流體，是通過電磁感應(yīng)來對(duì)流體的流量加以測(cè)量。電磁流量計(jì)可以對(duì)蒸汽、水、沙漿等不同介質(zhì)加以測(cè)量。在實(shí)際的應(yīng)用中，電磁流量計(jì)感應(yīng)電勢(shì)的獲得是通過導(dǎo)體切割磁線來實(shí)現(xiàn)的。在流體流過管道時(shí)，管道兩端存在電勢(shì)差，電勢(shì)差與流度有關(guān)。通過對(duì)電勢(shì)差的計(jì)算，可以測(cè)量出流體的流速[1]。

1.2 特點(diǎn)

電磁流量計(jì)體現(xiàn)出廣泛的適用性。電磁流量計(jì)測(cè)量流體的流速可以不受溫度、粘度的干擾。測(cè)量不會(huì)影響管內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)，對(duì)直管段沒有特別的要求。測(cè)量不與流體直接接觸，可以測(cè)量多種不同流體的流速。

電磁流量計(jì)的測(cè)量精度較高。在實(shí)際的測(cè)量中，可依據(jù)使用條件設(shè)定參數(shù)，借助編程可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化。借助電磁流量計(jì)還可以檢測(cè)出電勢(shì)差，精細(xì)到毫伏級(jí)別，保證了流量測(cè)量的精確性。

電磁流量計(jì)實(shí)施安裝后，要有襯里保護(hù)，降低腐蝕性物質(zhì)造成的損壞。電磁流量計(jì)具有自我診斷功能，沒有其它的壓力損失，所以其使用壽命較長[2]。

電磁流量計(jì)在使用中反應(yīng)靈敏，可將電信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出，變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，方便了對(duì)流速的控制，還實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸；應(yīng)用環(huán)境較為惡劣工況，降低了流量統(tǒng)計(jì)的成本消耗，可以保證及時(shí)的反饋。

2 電磁流量計(jì)的誤差分析

2.1 選型及安裝不當(dāng)

選型不當(dāng)是導(dǎo)致電磁流量計(jì)有誤差的主要原因。電磁流量計(jì)的選型要考慮到測(cè)量范圍，要保證實(shí)際流速的合理匹配，還要考慮到與管道內(nèi)徑的匹配問題，否則導(dǎo)致測(cè)量出的數(shù)據(jù)難以保證精確。在電磁流量計(jì)的安裝中，為了防止電極接觸到腐蝕性液體，會(huì)對(duì)襯里加以保護(hù)。如果安裝中沒有考慮到對(duì)電極的保護(hù)，在使用中會(huì)發(fā)生磨損、產(chǎn)生變形、腐蝕以及結(jié)垢等問題，內(nèi)部襯里發(fā)生變形，產(chǎn)生誤差。

電磁流量計(jì)可以有多種勵(lì)磁方式，應(yīng)用不同勵(lì)磁方式要考慮到使用條件。在一些工況條件下會(huì)有干擾電流，會(huì)存在零點(diǎn)波動(dòng)。不同的信號(hào)輸出方式會(huì)造成的誤差，如脈沖輸出、電流輸出、頻率輸出。在選型要結(jié)合具體的流體來確定，要考慮到如何有利于電壓和頻率保持穩(wěn)定，以利于磁場(chǎng)的恒定，有利于控制測(cè)量的誤差。如果勵(lì)磁方式不合理，磁場(chǎng)會(huì)變得紊亂，測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)存在偏差。在工業(yè)生產(chǎn)中，測(cè)量流體主要為固液混合體，流體測(cè)量的條件較為復(fù)雜。安裝流量計(jì)可以選擇固液分離段，以降低測(cè)量誤差。

2.2 待測(cè)液體存在的影響

電磁流量計(jì)是確定流體的實(shí)際流量，但是在工業(yè)生產(chǎn)中流體的情況較為復(fù)雜，待測(cè)液體對(duì)于測(cè)量的產(chǎn)生誤差：①待測(cè)液體存在較大或較低的電導(dǎo)率，會(huì)引發(fā)誤差。電導(dǎo)率如果過大，數(shù)據(jù)測(cè)量有大的波動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，進(jìn)而影響到工業(yè)的穩(wěn)定性。電導(dǎo)率如果較低，電極輸出會(huì)受到影響，電磁流量計(jì)難以獲取得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，測(cè)量精度受到影響。因此安裝電磁流量計(jì)要考慮到待測(cè)液體，還要安裝直管段，以精確測(cè)量流體的流速。直管段的長度如表1 所示。②流體內(nèi)含有氣泡。氣泡會(huì)影響流量計(jì)的測(cè)量精度。氣體會(huì)溶解于液體中，在流動(dòng)中氣泡會(huì)游離出來，不同流體的性質(zhì)不同，氣泡密度也有差異，測(cè)量精度會(huì)受到影響。氣泡過大還會(huì)導(dǎo)致顯示發(fā)生波動(dòng)，數(shù)據(jù)失真。電磁流量計(jì)上游可增加集氣裝置，將電磁流量計(jì)在安裝在泵下游，以降低氣泡的影響。③被測(cè)液體電導(dǎo)率的變化。被測(cè)液體輸中電導(dǎo)率會(huì)有變化，測(cè)量精度會(huì)受到影響。電導(dǎo)率影響到流量計(jì)兩端原有的電勢(shì)差，在流動(dòng)中電導(dǎo)率發(fā)生波動(dòng)，數(shù)值的測(cè)量就會(huì)有偏差。④沉淀物存在的影響。工業(yè)生產(chǎn)中的流體不是純凈的液體，會(huì)含有多種雜質(zhì)，在流動(dòng)中會(huì)發(fā)生沉淀，流量計(jì)的電極會(huì)受到污染，測(cè)量精度受到影響。因此要在有效的范圍內(nèi)要保證液體的流速，降低雜質(zhì)的聚集量。此外還可對(duì)流量計(jì)的電極加以保護(hù)以提高精度[3]。

表1 直管段長度要求

2.3 外部干擾問題

外部存在的干擾也會(huì)對(duì)流量計(jì)的測(cè)量精度產(chǎn)生影響：①存在較長的線纜。在電磁條件下，傳感器、轉(zhuǎn)換器存在較長的線纜，會(huì)產(chǎn)生干擾，干擾會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。數(shù)據(jù)會(huì)有非線性變化。針對(duì)此類問題，可借助屏蔽降低干擾的作用，并且合理控制電纜的長度，將磁場(chǎng)干擾控制在最低。②流量計(jì)如果有過大的接地電阻，輸出信號(hào)會(huì)很小。流體電子會(huì)引發(fā)一定的電勢(shì)差，雖然只有幾毫伏，抗干擾能力不足。為了消除這方面的影響，要將流量計(jì)的零電位接地，流量計(jì)內(nèi)壁要增加絕緣物質(zhì)，要減少干擾的影響，以保證流量計(jì)獨(dú)立性。③流量計(jì)內(nèi)的勵(lì)磁圈。電磁流量計(jì)需要保證較高的精度，特別是勵(lì)磁圈需要保證對(duì)稱度，如果勵(lì)磁圈的對(duì)稱度不能保證，測(cè)量中的電勢(shì)會(huì)有偏差，測(cè)量結(jié)果受到影響。為了確保流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性，使用前要加以檢測(cè)。此外，在易發(fā)生震動(dòng)的部位可安裝防震裝置，以提升電磁流量計(jì)的穩(wěn)定性。

流量計(jì)流量信號(hào)是由傳感器提供。作為電壓信號(hào)，在測(cè)量中，會(huì)受到多種因素的影響，包括電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)、電化學(xué)電勢(shì)等，這些因素是收以下原因造成的：①流量計(jì)使用環(huán)境中如果存在許多工頻信號(hào)，在激磁回路會(huì)發(fā)生耦合，電極的工頻也會(huì)存在干擾，影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性。②干擾會(huì)來自于低頻矩形波產(chǎn)生的激磁作用。激磁電流突變后會(huì)有微分干擾信號(hào)產(chǎn)生。③電磁流量計(jì)存在變壓器效應(yīng)，在相位上與流量檢測(cè)信號(hào)發(fā)生作用，正交干擾信號(hào)形成。④電磁屏的缺陷，如接地、屏蔽不良、電容雜散等，返回電流會(huì)不穩(wěn)定，共模干擾產(chǎn)生，電路電位會(huì)發(fā)生一定的變化，致使流量計(jì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移問題。⑤電路的設(shè)計(jì)如果沒有充分考慮兼容性，會(huì)造成串模干擾，信號(hào)質(zhì)量下降，特別是對(duì)于模擬電路，會(huì)造成嚴(yán)重的影響。⑥由于感應(yīng)電場(chǎng)的影響，改變了被測(cè)流體中的電解質(zhì)，表面發(fā)生極化現(xiàn)象，電化學(xué)作用引發(fā)電動(dòng)勢(shì)干擾，發(fā)生電磁流量計(jì)零點(diǎn)漂移。

針對(duì)上述干擾問題采取的措施包括：實(shí)施抗正交干擾。這種方法是針對(duì)相位與流量信號(hào)之間存在的干擾。由于流量計(jì)的變送器在勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，會(huì)形成交變磁場(chǎng)。電路處于磁場(chǎng)中，難以與變送器的交變磁場(chǎng)保持平行，導(dǎo)致部分交變磁力線會(huì)經(jīng)過閉合線路，這樣會(huì)在回路中形成干擾電動(dòng)勢(shì)。為了抑制正交干擾的不利影響，對(duì)變送器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器可以采取如下措施：①通過變送器上進(jìn)行抗干擾。設(shè)計(jì)時(shí)要使電流回路平面平行于磁力線，以防止磁力線穿過；通過干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)降低干擾信號(hào)的影響。還可將調(diào)零電位器設(shè)置在變送器上，借助電位器使回路中產(chǎn)生的電勢(shì)互相抵消，以實(shí)現(xiàn)消除正交干擾信號(hào)。②通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器實(shí)施抗干擾。在轉(zhuǎn)換器另外加裝抗干擾機(jī)構(gòu)，在輸出端進(jìn)行補(bǔ)償，抑制正交干擾，以消除正交干擾信號(hào)。借助軟件也可以實(shí)現(xiàn)抗干擾。電磁流量計(jì)針對(duì)固化軟件的設(shè)計(jì)要考慮到與硬件的配合，以確保流量計(jì)發(fā)揮正常的功能。軟件要具有容錯(cuò)能力與抗干擾能力，構(gòu)建起功能完善的裝置。③數(shù)字濾波技術(shù)的應(yīng)用。此技術(shù)廣泛應(yīng)用于智能儀器中，與傳統(tǒng)的模擬濾波器相比具備有更多的功能，如可以消除脈沖干擾、具有抗工頻能力、可以消除毛刺干擾、保障信號(hào)的可靠性等。④程控放大器。此技術(shù)可以解決流量計(jì)量的轉(zhuǎn)換問題，借助增益削弱微分干擾，以防止放大器發(fā)生過載，保證抗微分干擾能力。⑤接地抗干擾。變送器信號(hào)較小時(shí)流量計(jì)的抗干擾能力不足，要單獨(dú)接地處理變動(dòng)器輸入的零電位，以保證屏蔽效果，可以降低激磁系統(tǒng)對(duì)電磁場(chǎng)的干擾。

3 結(jié)語

工業(yè)領(lǐng)域中，電磁流量計(jì)發(fā)揮著重要的功能。但是電磁流量計(jì)的使用環(huán)境較為特殊，易對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響，產(chǎn)生誤差。針對(duì)誤差的存在，要分析發(fā)生的原因，采取有效的預(yù)防措施，以保證測(cè)量的精度。