如果要測(cè)量的是導(dǎo)電液體的體積流量,那么電磁流量計(jì)(EMF)就應(yīng)該是最佳選擇。無需太多思考,所有應(yīng)用中大約80%可以應(yīng)用脈沖直流場(chǎng)勵(lì)磁(磁場(chǎng)線圈勵(lì)磁類型)技術(shù),比如水的連續(xù)流量測(cè)量。然而,有一些應(yīng)用中,由于它們的物理或者流體特性,需要采用具有交流磁場(chǎng)勵(lì)磁的電磁流量計(jì)。除其他應(yīng)用以外,對(duì)具有高的固體含量或者具有非常低的電導(dǎo)率的流體的應(yīng)用也包含在其中。

在過去的十多年中,電磁流量計(jì)已經(jīng)在工業(yè)上幾乎所有工段上得到證實(shí)和測(cè)試。由于電磁流量計(jì)具有光滑無阻力的導(dǎo)管、無附加壓降并且易于清洗,因此受到用戶的廣泛歡迎。測(cè)量技術(shù)需求的高、低依賴于所采用的工段。例如在造紙機(jī)中,為了實(shí)施精確操作以對(duì)出紙速度進(jìn)行控制并達(dá)到需求的紙張質(zhì)量,獲取紙漿流量的無阻尼、無噪聲信號(hào)是非常重要的。在水果酸奶生產(chǎn)的混合應(yīng)用上,產(chǎn)生無峰輸出信號(hào)是必須的,否則的話將不可能完成水果和“白色結(jié)塊”酸奶的正確混合。直流脈沖勵(lì)磁電磁流量計(jì)常常硬生生應(yīng)用在這些有限制的應(yīng)用中。其結(jié)果就是在過程中產(chǎn)生大噪聲或者多峰值的信號(hào),而導(dǎo)致不精確或較差的重復(fù)性。

電磁流量計(jì)操作原理

電磁流量計(jì)的測(cè)量原理基于法拉第感應(yīng)定律:導(dǎo)體經(jīng)過磁場(chǎng)產(chǎn)生電壓。該原理適用于導(dǎo)電流體流經(jīng)由對(duì)磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生的垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)時(shí)的情況。流體所產(chǎn)生的電壓被管徑兩端相對(duì)電極測(cè)量。所測(cè)信號(hào)電壓與磁感強(qiáng)度、電極間距和流體速度成比例。由于磁感強(qiáng)度和電極間距固定,因此流動(dòng)速度和信號(hào)電壓互成比例。又因?yàn)轶w積流量可以由平均流動(dòng)速度和流動(dòng)面積計(jì)算而得,因此體積流量和信號(hào)電壓成線形比例關(guān)系。感應(yīng)電壓信號(hào)在轉(zhuǎn)換器中被轉(zhuǎn)換成定標(biāo)的模擬和數(shù)字信號(hào)共有兩種磁感線圈勵(lì)磁類型:直流脈沖和交流型式。在直流脈沖磁場(chǎng)勵(lì)磁電磁流量計(jì)中,磁場(chǎng)線圈的電流在預(yù)定時(shí)間間隔處變換極性。由于每個(gè)周期電流上升段的變化電流原因,測(cè)量窗口被限制在勵(lì)磁時(shí)間的25%,也就是說,流量信號(hào)只有在這段時(shí)間間隔內(nèi)才是整定的。這種直流脈沖勵(lì)磁電磁流量計(jì)通常應(yīng)用在頻率在6.25~25Hz之間的情況。

更多需求應(yīng)用

上面提到的脈沖直流磁場(chǎng)勵(lì)磁電磁流量計(jì)受到又限制應(yīng)用,比如說在多相流體上的應(yīng)用,在應(yīng)用中給出了該流體在電極上的噪聲頻譜。在脈沖直流場(chǎng)儀表(25Hz內(nèi))的操作范圍內(nèi),噪聲含量是最大的。另外,場(chǎng)勵(lì)磁頻率所產(chǎn)生的奇數(shù)諧波也必須得到處理。這些也造成了噪音的增加和電磁流量計(jì)輸出信號(hào)的不穩(wěn)定性。

用交流場(chǎng)技術(shù)作為補(bǔ)救

交流場(chǎng)勵(lì)磁電磁流量計(jì)的磁感線圈是由交流電源供電的。因?yàn)樗膭?lì)磁頻率要比直流脈沖勵(lì)磁頻率要高出很多,所以前面所提到的直流勵(lì)磁脈沖的局限性就不復(fù)存在了。其測(cè)量窗口幾乎接近100%即流速整定在勵(lì)磁跨越零的時(shí)候就開始了,而且它還是連續(xù)的。而且除了這些優(yōu)點(diǎn)以外,由于磁感線圈通常工作在線頻率下,所以它還具有了對(duì)線頻噪聲信號(hào)的增強(qiáng)靈敏性。交流系統(tǒng)和脈沖直流系統(tǒng)相比來說額外的缺陷就是在精確性上有一定降低。

交流場(chǎng)勵(lì)磁恢復(fù)生機(jī)

交流場(chǎng)勵(lì)磁的近期新發(fā)展增強(qiáng)了它的性能,重點(diǎn)是消除了交流場(chǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)的缺陷。其中將勵(lì)磁頻率增加到70Hz實(shí)現(xiàn)了部分發(fā)展,而進(jìn)一步的發(fā)展則是由于采用了帶有窄帶濾波器的現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。為了在精確性上得到明顯改善,不但要對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行重新設(shè)計(jì),流量計(jì)的主體也要進(jìn)行優(yōu)化?？梢酝ㄟ^再運(yùn)用一個(gè)線圈來測(cè)量場(chǎng)強(qiáng),通過液體溫度獨(dú)立渦流效應(yīng)來進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí),流量計(jì)主體接線盒中的所有的校正,和降噪模塊都被取消了。

交流場(chǎng)電磁流量計(jì)FSM4000就是這次優(yōu)化的產(chǎn)物,抑制噪聲的能力得到了改進(jìn),精確性從2%改進(jìn)到了0.5%,同時(shí)零點(diǎn)穩(wěn)定性也得到了驚人的改進(jìn)。

由于采用了獨(dú)立于線頻率磁感線圈供電電流,因此使得交流場(chǎng)儀表第一次可以由24V直流電壓供電由于經(jīng)過了各種各樣的更新,對(duì)向后兼容性作了很多考慮,所以這些新的轉(zhuǎn)換器甚至可以由20年前的儀表進(jìn)行操作。這些儀表適用的型號(hào)范圍從DN1到DN1000(1/25”到40”)。流量計(jì)的套管可以選擇PFA/PTFE/便或軟橡膠或者是特出的”碳化陶瓷”(用于高度研磨流體)材料。對(duì)不銹鋼儀表主體米說,適用于不同的通過3A認(rèn)證和 EHEDG核準(zhǔn)的過程連接。另外,基準(zhǔn)規(guī)格現(xiàn)在包括的液體最低導(dǎo)電率是20uS/cm或者0.5uS/cm。

擴(kuò)展應(yīng)用系列

由于能夠?qū)α髁啃盘?hào)進(jìn)行兒乎連續(xù)的整定,使得沖擊頻率高達(dá)400沖/分的脈動(dòng)流(由活塞,震動(dòng)膜和軟管泵產(chǎn)生)實(shí)際上都能毫無差錯(cuò)的得到測(cè)量。為了在這些場(chǎng)合中應(yīng)用,脈沖直流場(chǎng)儀器必須在較高的頻率下工作(例如25hz),即便這樣,脈動(dòng)流的測(cè)量被限制在大約140沖/分以內(nèi)。用3.6%的紙漿和5%的空氣流體做實(shí)驗(yàn)時(shí),誤差小于1%。脈沖直流場(chǎng)儀表在這種場(chǎng)合(由于它們沒有集成所有信號(hào)的能力)應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)出兩個(gè)位數(shù)的誤差。具有極其低傳導(dǎo)性(例如:液糖)和/或具有極端內(nèi)部噪聲(例如:蒸餾水)的流體的測(cè)量精度在0.5uS/cm以上。具有在紙漿中高達(dá)15%otro或者在泥漿中有高達(dá)22%TS的固體組分流體都可以被有效測(cè)量。

總結(jié)

盡管當(dāng)前優(yōu)化脈沖直流場(chǎng)系統(tǒng)和交流場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)系統(tǒng)在解決困難應(yīng)用問題時(shí)已經(jīng)有了重要的地位。具有脈沖直流場(chǎng)技術(shù)的系統(tǒng)(由于沒有集成所有信號(hào)的能力和較差的信噪比)仍然不能滿足整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用系列范圍的需求,尤其是在較大直徑(>DN200)應(yīng)用場(chǎng)合激勵(lì)頻率被磁場(chǎng)系統(tǒng)所限制,由于交流場(chǎng)技術(shù)上的革新,一些限制(不穩(wěn)定的零點(diǎn),比脈沖直流場(chǎng)儀表精度低,非24V直流供電)都被解決。