電磁流量計(jì)與旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的原理及應(yīng)用

摘要：工業(yè)生產(chǎn)中工藝參數(shù)的采集根據(jù)被測(cè)變量的不同一般分為溫度、壓力、流量、物位和分析儀表。本文就流量的測(cè)量進(jìn)行分析。
1、引言
流量數(shù)據(jù)在工業(yè)生產(chǎn)中是重要的工藝參數(shù)，流量測(cè)量?jī)x表被廣泛應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不斷有新型流量?jī)x表出現(xiàn)，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)和電磁流量計(jì)就是其中的兩種。這兩種流量計(jì)在流量測(cè)量中占有較大比重，發(fā)揮著重要作用。但是，由于各自工作原理和結(jié)構(gòu)不同，如果選擇、使用不當(dāng)，這兩種流量計(jì)在實(shí)際使用過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。下面從工作原理和使用兩個(gè)方面對(duì)這兩種流量計(jì)進(jìn)行分析、比較。
2、兩種流量計(jì)的工作原理
2．1電磁流量計(jì)是依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量管內(nèi)流體流量的測(cè)量裝置。當(dāng)流體在管道中流動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一根具有一定電導(dǎo)率的導(dǎo)體的切割磁力線，在電極兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它的大小與流量成正比，并通過(guò)電極將此信號(hào)引至變送器

Ex=BDV式中：E感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度；D一流量計(jì)公稱(chēng)通徑；v一被測(cè)介質(zhì)在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度。管道直徑D和磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)Ex和流速間成正比。但上式是在均勻直流磁場(chǎng)條件下導(dǎo)出的，由于直流磁場(chǎng)易使管道中的導(dǎo)電介質(zhì)發(fā)生極化，會(huì)影響測(cè)量精度，因此工業(yè)上常采用交流磁場(chǎng)，B=BmSin~ot，式中：∞一交變磁場(chǎng)的角頻斗111lntot
率；Bm——交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值。
感應(yīng)電勢(shì)Ex與被測(cè)量介質(zhì)的體積流量Q成正比。但變送器輸出的Ex是一個(gè)微弱的交流信號(hào)，其中包含有各種干擾成分，而且信號(hào)內(nèi)阻變化高達(dá)幾萬(wàn)歐姆，因此，要求轉(zhuǎn)換器是一個(gè)高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流毫伏轉(zhuǎn)換器，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成4～20mADC的統(tǒng)一信號(hào)，以供顯示、調(diào)節(jié)和控制。電磁流量計(jì)的特點(diǎn)是無(wú)壓損，無(wú)機(jī)械質(zhì)性，反應(yīng)十分靈敏，測(cè)量范圍寬，量程比寬，可測(cè)量含有固體顆粒、懸浮物或酸、堿、鹽溶液等具有一定電導(dǎo)率的液體體積流量，也可進(jìn)行雙向測(cè)量。

2．2漩渦流量計(jì)又稱(chēng)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)，它可以用來(lái)測(cè)量各種管道中的液體、氣體、蒸汽的流量，是目前工業(yè)控制、能源計(jì)量及節(jié)能管理中常用的新型流量?jī)x表旋進(jìn)旋渦流量計(jì)是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。在流體中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀物(圓柱或三角柱)作為漩渦發(fā)生體。當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)在柱狀物的下游處產(chǎn)生兩列不對(duì)稱(chēng)但有規(guī)律的交替漩渦，該漩渦渦列通常是不穩(wěn)定的。當(dāng)兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比能滿足M=0．281時(shí)，所產(chǎn)生的非對(duì)稱(chēng)漩渦列才能達(dá)到穩(wěn)定，像這樣的漩渦渦列稱(chēng)為卡門(mén)渦列。
由圓柱漩渦發(fā)生體形成的卡門(mén)漩渦，其單列漩渦產(chǎn)生的頻率為

式中：f_單列漩渦產(chǎn)生的頻率，Hz；u-流體平均流速，m/s；~圓柱直徑，m；st—斯特勞哈爾系數(shù)(當(dāng)雷諾數(shù)R~5x102～1．5~1．5，St-O．2)。當(dāng)st近似為常數(shù)時(shí)，漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體的平均流速成正比，測(cè)得f即可求得體積流量Q。
旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。酰是其中的漩渦頻率檢測(cè)傳感器容易受周?chē)渌裨吹挠绊懀a(chǎn)生誤差。
3、兩種流量汁應(yīng)用情況
實(shí)例一，某化工廠使用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)測(cè)量二異丙基醚流量，流量顯示經(jīng)常出現(xiàn)時(shí)有時(shí)無(wú)的現(xiàn)象，經(jīng)檢查在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的發(fā)聲體上粘有二異丙基醚結(jié)晶物，造成發(fā)聲體不能起振出現(xiàn)測(cè)量誤差，清除結(jié)晶物后流量計(jì)工作正常，此例可以看出旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的發(fā)聲體容易附著結(jié)晶物，在設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中應(yīng)注意考慮結(jié)晶問(wèn)題，或者采取措施減少結(jié)晶物的析出，或者考慮采用其他形式的流量計(jì)。
實(shí)例二，某化工廠使用電磁流量計(jì)測(cè)量加熱后的冷卻水流量，兩條生產(chǎn)線同一位置流量計(jì)先后出現(xiàn)無(wú)流量顯示故障，經(jīng)拆解檢查分析為高溫介質(zhì)將電磁流量計(jì)襯里燙傷，導(dǎo)致電極短路，測(cè)量失準(zhǔn)。
實(shí)例三，某化工廠使用電磁流量計(jì)測(cè)量循環(huán)水流量，在循環(huán)水流量較低的場(chǎng)合經(jīng)常出現(xiàn)指示不準(zhǔn)的現(xiàn)象，多次經(jīng)儀表人員確定也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障所在，后經(jīng)拆除連接管后發(fā)現(xiàn)電磁流量計(jì)由于水平安裝，小流量時(shí)管道里沒(méi)有充滿液體這才導(dǎo)致電磁流量計(jì)指示不準(zhǔn)。
4、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上的分析對(duì)兩種流量計(jì)的選擇總結(jié)如下：
4.1對(duì)于介質(zhì)溫度較高的場(chǎng)合(不超過(guò)120℃)，不宜選用電磁流量計(jì)。
4.2在易產(chǎn)生負(fù)雎情況的管段不宜選用電磁流量計(jì)。
4.3對(duì)于被測(cè)介質(zhì)中雜質(zhì)較多，易結(jié)晶的不宜選用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。
4.4對(duì)于管路振動(dòng)較嚴(yán)重的場(chǎng)合，應(yīng)盡可能避免使用旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。
4.5電磁流量計(jì)對(duì)前后直管段有要求，并且要滿管測(cè)量。