电磁流量计测量误差分析及对策的探讨

郭赛红 王伏昌

【摘要】本文从电磁流量计的工作原理和特点入手，阐述了影响电磁流量计准确测量，造成测量误差的各项问题，针对这些问题，分析了电磁流量计选型、安装、使用等诸多方面，提出了相应的应对措施，这里着重探讨了电磁流量计在安装施工中，有目的的为将来使用维护创造条件，减小测量误差，保证稳定运行和准确计量。

【关键词】电磁流量计；测量误差；应对措施

1、前言

电磁流量计有许多优点，已被广泛应用于冶金、石化等许多领域，在流量计量中发挥着巨大的作用。在实际应用中，电磁流量计经常因为设备选型、安装或使用不当，引起测量误差增大、示值不稳。因此，研究电磁流量计测量误差产生的原因及相应的解决办法就显得尤为重要。

2、电磁流量计

电磁流量计是利用电磁感应原理制成的流量测量仪表，可用来测量导电液体体积流量（流速）。变送器几乎没有压力损失，内部无活动部件，用涂层或衬里易解决腐蚀性介质流量的测量。检测过程中不受被测介质的密度、粘度、温度、压力及流动状态等变化的影响，没有测量滞后现象。

2.1电磁流量计的工作原理

电磁流量计是电磁感应定律的具体应用，当导电的被测介质垂直于磁力线方向流动时，在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一个感应电动势Ex（如上图）：

Ex=BDυ V （2-1）

式中B—磁感应强度，T；

D—导管直径，即导体垂直切割磁力线的长度，m；

υ—被测介质在磁场中运动的速度，m/s。

因体积流量Q等于流体流速υ与管道截面积A的乘积，直径为D的管道的截面积A= ，故：

Q= m?/s （2-2）

将式（2-2）代入到式（2-1）中，既得：

Ex=

Q= （2-3）

由式（2-3）可知，当管道直径D和磁感应强度B不变时，感应电动势Ex与体积流量Q之间成正比。但是上式是在均匀直流磁场条件下导出的，由于直流磁场易使管道中的导电介质发生极化，会影响测量精度，因此工业上常采用交流磁场，B=Bmsinωt，得：

Q= （2-4）

式中ω—交变磁场的角频率；

Bm—交变磁场磁感应强度的最大值。

由式（2-4）可知，感应电动势Ex与被测介质的体积流量Q成正比。但变送器输出的Ex是一个微弱的交流信号，其中包含有各种干扰成分，而且信号内阻变化高达几万欧姆，因此，要求转换器是一个高输入阻抗，且能抑制各种干扰成分的交流毫伏转换器，将感应电动势转换成4～20mA DC同一信号，以供显示、调节和控制，也可送到计算机进行处理。

2.2电磁流量计的特点

电磁流量计有许多特点，在使用时对有些问题必须特别注意。

电磁流量计的特点如下：

（1）测量导管内无可动部件和阻流体，因而无压损，无机械惯性，所以反应十分灵敏。

（2）测量范围宽，量程比一般为10：1，最高可达100：1。流速范围一般为1～6m/s，也可扩展到0.5～10m/s。测量范围可测每小时几十毫米到十几万立方米。测量管径范围从2mm到2400mm，甚至可达3000mm。

（3）可测含有固体颗粒、悬浮物（如矿浆、煤粉浆等）或酸、碱、盐溶液等具有一定电导率的液体体积流量，也可测脉动流量，并可进行双向测量。

电磁流量计也有其局限性和不足之处。

（1）使用温度和压力不能太高。具体使用温度与管道衬里的材料发生膨胀、变形、变质的温度有关，一般不超过120℃；最高使用压力取决于管道强度、电极部分的密闭状况以及法兰的规格等，一般使用压力不超过1.6MPa。

（2）应用范围有限。电磁流量计不能用来测量气体、蒸汽和石油制品等非导电流体的流量。

3、电磁流量计的安装原则

电磁流量计安装时，鉴于其固有的工作特性，需遵循以下原则：

（1）传感器测量管在使用中被测介质必须满管工作；

（2）被测介质在测量管中必须处于低电位；

（3）安装位置不会在测量管内造成负压；

（4）安装位置不会使测量管内存在气泡；

（5）在测量管中介质电导率分布要求大体均匀；

（6）被测介质为混合物时，其在测量管中的分布应力求均匀。

4、电磁流量计测量误差原因分析及对策

4.1待测液体中含有气泡

这是一种常见现象，气泡的形成有外界吸入（如泵轴密封性变坏、负压端管道连接垫圈泄露等）或液体中溶解气体（空气）转变成游离状气泡析出两种途径，此时测量结果为包括气泡体积的流量，这就导致了测量误差。同时，如果气泡直径大于或等于电极直径，还可造成测量值不稳定，使测量显示值波动。

在这种情况下，通常解决的措施是更换电磁流量计安装位置，如果安装位置不易更换，可在流量计上游安装集气器，定期排气。

4.2待测液体电导率太低

被测液体电导率降低，会增加电极的输出阻抗（由被测液体电导率和电极大小决定），并由转换器输入阻抗引起负载效应而产生测量误差，如果实际电导率低于下限值（一般为5μs/cm），则仪器不能正常工作，示值会晃动。

出现上述情况，只能选用其它满足要求的低电导率电磁流量计，如电容式电磁流量计；或选用其它原理流量计，如孔板等。

4.3空间电磁波干扰

如果传感器与转换器间的电缆较长且周围有强电磁干扰，则电缆可能引入干扰信号，形成共模干扰，造成显示失真、非线性或大幅晃动。

电磁流量计安装时，就需分析安装环境，尽量远离强磁场（如大电机、大变压器和电力电缆附近）；尽量缩短电缆长度；采用屏蔽措施，包括采用符合要求的屏蔽电缆和将电缆单独穿在接地钢管内（不能与电源线同穿于一根管内）。

4.4传感器接地

传感器的输出信号很小，通常只有几毫伏，为了提高抗干扰能力，传感器的零电位必须单独可靠接地，且传感器输出信号接地点应与被测流体电气连接。传感器的接地电阻通常应小于10?，在连接传感器的管道内涂有绝缘层或采用非金属管道时，传感器两侧应安装接地环，并可靠接地，以使流体接地，流体电位与地电位相同。

4.5连接电缆问题

电磁流量计是由特定的电纜将传感器和转换器连成一个系统，电缆长度、绝缘情况、屏蔽层数、分布电容及导体横截面积等都会对测量结果产生影响，严重的还可能使流量计无法正常工作。

安装时，要求电缆越短越好，其长度应在允许的范围之内，最大长度由待测液体电导率、屏蔽层数、分布电容及导体横截面积等决定；应避免中间接头，末端应处理好、连接好；尽量使用规定型号的电缆。

5、结论

影响电磁流量计测量准确度的因素很多，但只要深入掌握电磁流量计的工作原理，认真对电磁流量计测量系统的各个环节进行分析，就不难找出合理的减小测量误差的办法。在电磁流量计的安装施工中，深刻理解其工作原理，正确了解其安装方法，从而可高标准的完成安装任务，保证电磁流量计稳定运行和准确计量。

参考文献：

（1）乐嘉谦，《仪表工手册》，化学工业出版社。