1 概述
電磁流量計(jì)是一種常用的流量測(cè)量?jī)x表，隨著現(xiàn)代精細(xì)化工技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于石化、造紙、冶金、環(huán)保、食品等行業(yè)領(lǐng)域。電磁流量計(jì)用于對(duì)復(fù)雜的工業(yè)管道系統(tǒng)進(jìn)行流體監(jiān)測(cè)[1]、對(duì)系統(tǒng)的原料及成品情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、為系統(tǒng)的自動(dòng)化控制提供依據(jù)等等。
由于電磁流量計(jì)分布分散，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，其安裝工藝極可能影響其運(yùn)行工況和發(fā)生故障的機(jī)率，從而影響整個(gè)儀表控制系統(tǒng)的運(yùn)行。故對(duì)電磁流量計(jì)原理的分析、安裝工藝的研究，以及調(diào)試技術(shù)的不斷總結(jié)和更新十分必要。
2 電磁流量計(jì)的工作原理
電磁流量計(jì)主要由信號(hào)轉(zhuǎn)換器與傳感器構(gòu)成，其原理是基于法拉利電磁感應(yīng)定律，在傳感器中與被測(cè)管軸線垂直方向安裝一對(duì)檢測(cè)電極，當(dāng)流量計(jì)接入液態(tài)介質(zhì)管道，導(dǎo)電液態(tài)物質(zhì)沿管軸側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由檢測(cè)電極測(cè)出，其理論數(shù)值為：
E=kVBd
式中：E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；k為調(diào)整系數(shù)，因儀表構(gòu)造而異；V為被測(cè)液體平均流速；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；d為被測(cè)管內(nèi)徑。
原理圖如圖1所示，測(cè)量流量時(shí)，流體流過(guò)垂直于流動(dòng)方向的磁場(chǎng)，導(dǎo)電性流體的流動(dòng)感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電勢(shì)。其感應(yīng)電壓信號(hào)通過(guò)兩個(gè)電極檢出，并通過(guò)電纜傳送至轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理及相關(guān)運(yùn)算后，將累計(jì)流量和瞬時(shí)流量顯示在轉(zhuǎn)換器的顯示屏上。
3 電磁流量計(jì)的選型
3.1 口徑選擇
選擇電磁流量計(jì)時(shí)一般通過(guò)流體的性質(zhì)、流速等因素來(lái)確定其選用口徑。
一般而言，當(dāng)管道流速在0.5～1.5m/s為經(jīng)濟(jì)流速，若流體介質(zhì)對(duì)側(cè)壁磨損性較小，建議長(zhǎng)期流速大于3m/s，但應(yīng)小于7m/s，此時(shí)可選取小于管徑的流量計(jì)。
3.2 內(nèi)襯材料選擇
電磁流量計(jì)主要用于測(cè)量流體物質(zhì)的流量，而根據(jù)被測(cè)物質(zhì)的腐蝕性、磨損性、溫度及凝結(jié)性等特點(diǎn)，應(yīng)選擇不同內(nèi)襯材料的流量計(jì)[2]。
電磁流量計(jì)通常所用的內(nèi)襯材料及其特點(diǎn)分述如下。
1）天然橡膠，其耐溫范圍為-10℃～70℃，耐磨損、絕緣性能好，耐腐蝕性能一般。
2）氯丁橡膠，較天然橡膠具有更好的彈性，也更耐磨，但耐寒性較差。
3）聚氨脂橡膠，適用溫度較天然橡膠更低，可達(dá)-25℃。
4）丁晴橡膠，較天然橡膠更耐高溫，更耐磨，彈性較差，但耐油性能相當(dāng)好。
5）聚四氟乙烯，是塑料的一種，它耐酸、堿性能*，但對(duì)部分液態(tài)氟、氧、臭氧等非常態(tài)物質(zhì)的腐蝕及負(fù)壓等抵抗力較差，耐磨損性能也較差。
3.3 電極材料的選擇
電磁流量計(jì)的電極裝于其管道內(nèi)壁，與被測(cè)物質(zhì)直接接觸，故應(yīng)根據(jù)被測(cè)物質(zhì)的腐蝕性選定。一般用于制造電極的材料包括：鈦（Ti），耐強(qiáng)酸性；鉭（Ta），測(cè)量精度高；鉑-銥（Pt-Yi）合金，耐腐蝕能力強(qiáng)；哈氏合金C（HC），可用于高溫次氯酸鹽、硫酸、硝酸的測(cè)量；316L，耐腐蝕能力一般，但價(jià)格低廉。
在選擇電磁流量計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)測(cè)量的精密度要求、被測(cè)物腐蝕性、價(jià)格承受能力來(lái)進(jìn)行電極材料的選取[3]。
3.4 其它參數(shù)的選擇
電磁流量計(jì)的選擇還應(yīng)考慮防護(hù)等級(jí)、連接法蘭及電纜等因素。
電磁流量計(jì)的連接法蘭選擇應(yīng)根據(jù)管道確定，特別對(duì)于腐蝕性流體管道，不允許隨意對(duì)管道進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工焊接，應(yīng)慎重選擇。
4 電磁流量計(jì)的安裝
4.1 安裝準(zhǔn)備工作
電磁流量計(jì)安裝前，應(yīng)仔細(xì)核對(duì)其參數(shù)，主要核對(duì)其口徑、內(nèi)襯、電極等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，有集中BA控制的應(yīng)確認(rèn)其與控制系統(tǒng)的匹配性。
在安裝前，應(yīng)對(duì)已安裝好的管道進(jìn)行防腐處理，法蘭接口處應(yīng)清理干凈，在確認(rèn)被測(cè)物質(zhì)流向之后，按流量計(jì)上所標(biāo)定的方向準(zhǔn)備安裝。
4.2 安裝方位的選取
由于電磁流量計(jì)安裝于流體管道上，其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與其內(nèi)部液態(tài)物質(zhì)的充滿度有關(guān)，故在選取安裝位置時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）流量計(jì)不得安裝在泵的抽吸側(cè)，如圖2所示；
2）開口排放的管道，流量計(jì)應(yīng)裝在可存儲(chǔ)液體的底段，以免倒吸空氣影響測(cè)量精度，如圖3所示；
3）電磁流量計(jì)附近需裝閥門時(shí)，閥門應(yīng)裝于流量計(jì)的下游；
4）管道落差較大時(shí)，需在流量計(jì)的下游設(shè)置上彎及排所閥；
5）安裝電磁流量計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮管道中產(chǎn)生氣泡的可能性，予以避免。
4.3 電磁流量計(jì)安裝及接地
電磁流量計(jì)的安裝方式一般為法蘭式，利用與其匹配的法蘭即可連接管道。在安裝前應(yīng)確保管道的吹掃、試壓等工作已完成。
由于電磁流量計(jì)的測(cè)量感應(yīng)電流很小，電壓較低，易受外界電磁噪聲的影響，故在安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行可靠的接地連（跨）接。金屬管道電磁流量計(jì)接地連（跨）接方法如圖4所示，帶陰極保護(hù)的電磁流量計(jì)重復(fù)接地連接方法如圖5所示。
5 電磁流量計(jì)接線及調(diào)試
5.1 接線
在電磁流量計(jì)接線前，應(yīng)確認(rèn)其安裝方位、方向準(zhǔn)確無(wú)誤，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清掃，無(wú)積塵后方可接線。電磁流量計(jì)的接線包括電源線、輸入/輸出信號(hào)線、傳感信號(hào)線和工作接地線的連接。綜合接線如圖6所示。
在上述接線過(guò)程中，應(yīng)重視以下幾種類型線路的接線。
1）輸入/輸出信號(hào)。大部分電磁流量計(jì)均可通過(guò)外帶的PLC進(jìn)行編程、檢測(cè)，也可通過(guò)通信總線接受主控制系統(tǒng)的輸入指令，故電磁流量計(jì)設(shè)置了信號(hào)輸入接點(diǎn)、測(cè)量值臨界報(bào)警指令等接入點(diǎn)。輸出信號(hào)可通過(guò)模擬點(diǎn)接出，也可與輸出信號(hào)組合通過(guò)RS-232通信接口實(shí)現(xiàn)與PC的聯(lián)機(jī)。
2）傳感器連線。若流量計(jì)與傳感器為分體式安裝，流量計(jì)與傳感器之間還需進(jìn)行連線，用于將傳感電流通過(guò)流量計(jì)的測(cè)量終端（實(shí)際上是磁極與電壓測(cè)量單元），用以測(cè)量各被測(cè)參數(shù)。
3）接地線。由于電磁流量計(jì)的工作電流較小，極易受外界電場(chǎng)變化的干擾，所以其電源、信號(hào)線均須配套接地線，以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，消除測(cè)量過(guò)程中數(shù)據(jù)的頻繁振蕩[4]。
5.2 調(diào)試
1）調(diào)試前檢查及準(zhǔn)備
電磁流量計(jì)在調(diào)試前，應(yīng)對(duì)管道及流量計(jì)進(jìn)行*檢查，包括管道雜物等清理，油性介質(zhì)管道還需進(jìn)行干燥處理。
調(diào)試前的檢查還包括電氣線路的檢查，首先應(yīng)對(duì)線路的接地進(jìn)行檢測(cè)，確保接地可靠后方可進(jìn)行其它線路的測(cè)試檢查，以免造成線路容性效應(yīng)，儲(chǔ)存電量，或是測(cè)量電源對(duì)儀器產(chǎn)生破壞作用。另外，還需進(jìn)行絕緣電阻及接地電阻測(cè)試。
2）通水調(diào)試
無(wú)論是測(cè)量水性介質(zhì)、混懸液體，還是測(cè)量油性介質(zhì)的儀表，在正式調(diào)試前，均應(yīng)模擬實(shí)際測(cè)量介質(zhì)的溫度、壓力、流速等條件進(jìn)行通水調(diào)試。若在通水試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生異常，或是參數(shù)缺失，應(yīng)對(duì)儀表進(jìn)行單體檢測(cè)或送出產(chǎn)單位進(jìn)行校驗(yàn)。
3）系統(tǒng)調(diào)試
電磁流量計(jì)在進(jìn)行完單項(xiàng)功能通水測(cè)試，控制主機(jī)各項(xiàng)預(yù)備調(diào)試完成后，可進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。油性介質(zhì)管道需進(jìn)行干燥后方可通入被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，主機(jī)系統(tǒng)應(yīng)預(yù)先對(duì)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行編碼掃描，確保各儀表部件均在正常工作狀態(tài)后方可進(jìn)行功能性調(diào)試。功能性調(diào)試時(shí)，由主機(jī)系統(tǒng)對(duì)各儀表分別進(jìn)行參數(shù)的讀取，臨界值報(bào)警試驗(yàn)等，然后進(jìn)行控制數(shù)據(jù)的寫入。逐一進(jìn)行調(diào)試，并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到相關(guān)上機(jī)位進(jìn)行分析。
主機(jī)在系統(tǒng)各儀表調(diào)試完成后，可進(jìn)行儀表終端單體PLC編程調(diào)試。PLC編程調(diào)試對(duì)儀表調(diào)試具有重要意義，它可在不影響主機(jī)工作狀態(tài)的情況下，對(duì)單個(gè)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、參數(shù)寫入和調(diào)整?，F(xiàn)代PLC技術(shù)的發(fā)展，使其在電磁儀表調(diào)控中的應(yīng)用顯得更加方便，大部分的電磁流量計(jì)均可選購(gòu)與其產(chǎn)品相配套的PLC編程控制器，通過(guò)專門的接口，可進(jìn)行單個(gè)儀表的調(diào)試。
調(diào)試完成后，應(yīng)在連續(xù)的工況條件下進(jìn)行24小時(shí)的不間斷測(cè)量，觀察其測(cè)量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、可靠性，并結(jié)合其它測(cè)量方式進(jìn)行校對(duì)，直至系統(tǒng)各電磁儀表均能按設(shè)計(jì)要求運(yùn)行，方可進(jìn)行系統(tǒng)預(yù)驗(yàn)收。
6 總結(jié)
通過(guò)電磁流量計(jì)在工業(yè)管道控制系統(tǒng)的應(yīng)用，在儀表的選型、安裝工藝的調(diào)整、試驗(yàn)等方面進(jìn)行總結(jié)，為提高工業(yè)管道控制系統(tǒng)中電磁儀表安裝、調(diào)試的成功率積累了一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為工業(yè)管道控制系統(tǒng)更高程度的集成化、自動(dòng)化提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
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