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特殊结构电磁流量计分类及介绍

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特殊结构电磁流量计分类及介绍
点击次数: 发布时间:2016-05-23
特殊结构电磁流量计

1.潜水型电磁流量计

潜水型电磁流量计是20世纪80年代发展起来的用来连续测量明渠、暗渠、河道或非满管中导电液体体积流量的流量仪表。其测量原理与一般电磁流量计相同,只是传感器制成整体密封型防水结构,可长期置于水下工作,以适应明渠、暗渠、河道等开口流道及大管径非满管的流量测量。其传感器结构原理如图7-13所示。
潜水型电磁流量计结构原理图
主体材料一般选用耐腐、耐温的硬聚氯乙烯,电极一般采用耐酸刚1Cr18Ni9Ti或其他特殊材料。
由于潜水型电磁流量计具有适用于圆形、矩形和任意形状的明渠、暗沟或河道的流量测量;对上下游直渠段要求低;采用低频三值矩形波励磁技术而零点稳定,工作可靠等特点,潜水型电磁流量计非常适合于明渠或暗渠中污水排放(污水流量计)的流量测量。

2.非满管电磁流量计

电磁流量计从20世纪50年代商品化以来一直用于测量满管流量,直到90年代初期,Fischer&Forter首先研制出了非满管电磁流量计。这种仪表由两部分组成,一是安装在管道上的传感器,二是由微处理器控制的转换器,即可就地指示,又可远传显示和控制。从外观上看,它与普通电磁流量计并没有什么不同,同样具有无可动部件、无阻流件、压损极小、线性输出和范围度宽等优点。
与普通电磁流量计只有在直径方向一对检测电极不同,非满管电磁流量计的流量传感器的测量管中央同一圆周上,水平轴及其下半圆周分别安装有3对电极E1、E2和E3,如图7-14所示。
非满管电磁流量计的串励和反励示意图
上下两励磁线圈可以分别接成串励如图7-14a和反励如图7-14b两种模式。
设电极E1装在管道中间直径位置,E2在20%直径高度位置,E3在10%直径高度位置。现在只考虑电极E1和E2的作用原理,电极E3和E2一样。
当传感器工作在串励模式时,磁场如图7-14a所示,和普通电磁流量计一样,电极上得到的电动势e与管内流速成正比。如果设满管流时,电极E1和E2上得到的电动势e1和e2都标准化为“1”,则当管内介质液面下降时,电动势信号e1和e2相对于同等流量就要增加,如图7-15所示。当液面下降到50%高度时,电极E1上的信号将增加到“2”。液面低于50%高度时,电极E1将因测不到电信号而失去作用。同理,电极E2和E3上的信号也随管内液面高度而变化,但电极E2最低可测20%液面高度,电极E3最低可测10%液面高度。
可见,串励磁模式时,传感器所提供的信号包含了管内流速的信息见图7-15.
串励信号电动势图
当传感器工作在反励模式时,磁场如图7-14b所示,由于上下两励磁线圈反向励磁,当流体充满测量管道时,磁场分布和流动分布都是对称的,所以电极E1上得到的电势信号为“0”。当测量挂内液面下降时,管道上半部分的流体对电动势信号的贡献减少,而下半部分仍保持原值,结果是电极E1上得到的信号不为零。管内流体液面越低(〉50%),E1上得到的信号就越大。同样的原理可应用于电极E2和E3.由于它们的安装位置不在测量管中间,所以即使流体充满管道时,E2和E3上的电动势信号也不为零,但其值总随液面高度的变化而变化。
可见,反励模式时,传感器所提供的信号包含了管内液面高度的信息。
测量时,两个相位相差90°的方波电流信号如图7-16所示。
非满管电磁流量计信号测量周期图
分布控制两个励磁线圈WE1和WE2,从而获得串励和反励模式的连续切换。流量信号的测量总是在每个励磁模式的最后1/3控制阶段进行。可测高于测量管内径10%液位的流量,测量误差小于1.5%FS。
继Fischer&Porter以后,东芝、Krohne等公司也相继提出非满管电磁流量计,且测量原理有所不同,如Krohne的非满管电磁流量计,用离测量管底部0.1D高度的一对电极测量流速,在衬里背面置有多块大面积电极,以相似于电容液位计原理检测测量管内液位高度,从而求得非满管流量。测量准确度一般可达±1%FS(流速大于1m/s)。

3.多电极电磁流量计

德国Karlsruhe大学的有关学者提出了如图7-17所示的双组励磁线圈多电极电磁流量计的结构,以减少轴向不对称流场分布的影响。他们研制的一D=24mm,有8对电极的样机,在严重轴向不对称流场下对不同电极组合进行了实验,结果表明有4对电极就可以获得满意的结构,能明显地减低轴对称流受到破坏时产生的测量误差。可使上游直管段长度减少到单对电极的一半左右。
电极电磁流量传感器示意图
对口径在500mm以上的电磁流量计,很多国家都采用多电极结构。如图7-18所示为电磁流量计上游流动条件相同时,采用不同电极对数时流量测量误差的试验曲线。
非满管电磁流量计不同电极对数的测量误差试验曲线
插入式电磁流量计是以测量管道内局部流速来推算整体流量的仪表,主要用于大管径管道的流量测量。电磁流量传感器从管道开孔中径向地插入管道,插入深度可以有不同规定,或插入到管道中心,或插入到管道内平均流速处。插入 式电磁流量计精度较低,价格相对也比较低,一般不用来测量流体总量,而是常用于过程参数的控制系统。下面是几种插入式电磁流量计的结构图。
图7-19所示为德国的一种插入式电磁流量传感器结构,传感器测量孔中心轴固定在主管道内径的1/8处,基本在管道平均流速点附近。一般传感器应安装在上游具有10D、下游具有5D的直管段上,如果上游有三通或有未全开阀门时,则上游应有15D-25D的直管段。传感器轴应基本与上游弯头或阀门杆处于同一水平内。
插入式电磁流量计结构A图
图7-20为另一种插入式电磁流量计的结构,电极直接安装在探头两侧,面不用在探头上打测量孔。
插入式电磁流量计结构B图
安装时应保证探头插入深度H为管道内径的10%,可根据厂家提供的探头尺寸控制插入深度。
为了提高测量精度,国外已经研制出均速管型的插入式电磁流量计,探头插在直径方向,贯穿管道直径,电极按等面积法布置在探头上,如图7-21所示。
插入式电磁流量计电极等面积法配置图
一般,在管径小于300mm时用三对电极,管径大于350mm时用5对电极。其优点是适用于大管径管道高精度测量,可以不断流装卸流量传感器。测量精度可达1%R+0.015m/s,线性度为0.3%,重复性可达0.2%。
 

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