电磁流量计、溶解氧测试仪的原理
时间：2010-12-29 阅读：2011
溶解氧测试仪的原理
溶解氧测试仪的原理
在污水处理过程中，通过增加污水中的氧含量使污染物通过活化泥浆被分解出来，达到污水净化的目的，测量氧含量有助于确定*的净化方法和的曝气池配置。在生物发酵过程中氧含量的测量数据可对工艺过程进行指导，如判断发酵过程的临界氧浓度、发酵罐的供氧能力以及菌体的活性和菌体的生长量等，并根据发酵时的供氧和需氧变化来指导补料操作。
一、溶解氧分析仪测量原理氧在水中的溶解度取决于温度、压力和水中溶解的盐。溶解氧分析仪传感部分是由金电极（阴极）和银电极（阳极）及氯化钾或氢氧化钾电解液组成，氧通过膜扩散进入电解液与金电极和银电极构成测量回路。当给溶解氧分析仪电极加上0.6～ 0.8V 的极化电压时，氧通过膜扩散，阴极释放电子，阳极接受电子，产生电流，整个反应过程为：阳极 Ag+Cl→AgCl+2e- 阴极 O2+2H2O+4e→4OH- 根据法拉第定律：流过溶解氧分析仪电极的电流和氧分压成正比，在温度不变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系。
二、溶解氧含量的表示方法溶解氧含量有3 种不同的表示方法：氧分压（mmHg）；百分饱和度（%）；氧浓度（mg/L 或10-6），这3 种方法本质上没什么不同。
（1）分压表示法：氧分压表示法是zui基本和zui本质的表示法。根据Henry 定律可得，P=（Po2+P H2O ）×0.209，其中，P 为总压；Po2 为氧分压（mmHg）；P H2O 为水蒸气分压；0.209 为空气中氧的含量。
（2）百分饱和度表示法：由于曝气发酵十分复杂，氧分压不能计算得到，在此情况下用百分饱和度的表示法是zui合适的。例如将标定时溶解氧定为100％，零氧时为0％，则反应过程中的溶解氧含量即为标定时的百分数。
（3）氧浓度表示法：根据Henry 定律可知氧浓度与其分压成正比，即：C=Po2 ×a，其中C 为氧浓度（mg/L）；Po2 为氧分压（mmHg）；a 为溶解度系数（mg/mmHg?L）。溶解度系数a 不仅与温度有关，还与溶液的成分有关。对于温度恒定的水溶液，a 为常数，则可测量氧的浓度。氧浓度表示法在发酵工业中不常用，但在污水处理、生活饮用水等过程中都用氧浓度来表示。
三、影响溶解氧测量的因素氧的溶解度取决于温度、压力和水中溶解的盐，另外氧通过溶液扩散比通过膜扩散快，如流速太慢会产生干扰。
1.温度的影响由于温度变化，膜的扩散系数和氧的溶解度都将发生变化，直接影响到溶氧电极电流输出，常采用热敏电阻来消除温度的影响。温度上升，扩散系数增加，溶解度反而减小。温度对溶解度系数a 的影响可以根据Henry 定律来估算，温度对膜扩散系数β可以通过阿仑尼乌斯定律来估算。
（1）氧的溶解度系数：由于溶解度系数a 不仅受温度的影响，而且受溶液的成分的影响。在相同氧分压下，不同组分的实际氧浓度也可能不同。根据亨利定律可知氧浓度与其分压成正比，对于稀溶液，温度变化溶解度系数a 的变化约为2%/ ℃。
（2）膜的扩散系数：根据阿仑尼乌斯定律，溶解度系数β与温度T 的关系为： C=KPo2?exp（-β／T），其中假定K、Po2 为常数，则可以计算出β在25℃时为2.3%/ ℃。当溶解度系数a 计算出来后，可通过仪表指示和化验分析值对比计算出膜的扩散系数（这里略去计算过程），膜的扩散系数在25℃时为1.5%/℃。
2.大气压的影响根据Henry 定律，气体的溶解度与其分压成正比。氧分压与该地区的海拔高度有关，高原地区和平原地区的差可达20%，使用前必须根据当地大气压进行补偿。有些仪表内部配有气压表，在标定时可自动进行校正；有些仪表未配置气压表，在标定时要根据当地气象站提供的数据进行设置，如果数据有误，将导致较大的测量误差。
3.溶液中含盐量盐水中的溶解氧明显低于自来水中的溶解氧，为了准确测量，必须考虑含盐量对溶解氧的影响。在温度不变的情况下，盐含量每增加100mg/L，溶解氧降低约1%。如果仪表在标定时使用的溶液的含盐量低，而实际测量的溶液的含盐量高，也会导致误差。在实际使用中必须对测量介质的含盐量进行分析，以便准确测量及正确补偿。
4.样品的流速氧通过膜扩散比通过样品进行扩散要慢，必须保证电极膜与溶液*接触。对于流通式检测方式，溶液中的氧会向流通池内扩散，使靠近膜的溶液中的氧损失，产生扩散干扰，影响测量。为了测量准确，应增加流过膜的溶液的流量来补偿扩散失去的氧，样品的zui小流速为0.3m/s。
四、注意的问题对溶解氧分析仪来说，只要选型、设置、维护得当，一般均能满足工艺的测量要求。溶解氧分析仪的使用不好的主要问题出在：使用维护不正确；电极内部泄露造成温度补偿不正常；电极输入阻抗降低等。
1.日常维护仪表的日常维护主要包括定期对电极进行清洗、校验、再生。
（1）1～2 周应清洗一次电极，如果膜片上有污染物，会引起测量误差。清洗时应小心，注意不要损坏膜片。将电极放入清水中涮洗，如污物不能洗去，用软布或棉布小心擦洗。
（2）2～3 月应重新校验一次零点和量程。
（3）电极的再生大约1 年左右进行一次。当测量范围调整不过来，就需要对溶解氧电极再生。电极再生包括更换内部电解液、更换膜片、清洗银电极。如果观察银电极有氧化现象，可用细砂纸抛光。 （4）在使用中如发现电极泄露，就必须更换电解液。
2. 仪表标定仪表的标定方法一般可采用标准液标定或现场取样标定。
（1）标准溶液标定法：标准溶液标定一般采用两点标定，即零点标定和量程标定。零点标定溶液可采用2%的Na2SO3 溶液。量程标定溶液可根据仪表测量量程选择4M的KCl 溶液（2mg/L）；50%的甲醇溶液（21.9mg/L）。
（2）现场取样标定法（Winkler 法）：在实际使用中，多采用Winkler 方法对溶解氧分析仪进行现场标定。使用该方法时存在两种情况：取样时仪表读数为M1，化验分析值为A，对仪表进行标定时仪表读数仍为M1，这时只须调整仪表读数等于 A 即可；取样时仪表读数为M1，化验分析值为A，对仪表进行标定时仪表读数改变为M2，这时就不能将调整仪表读数等于A，而应将仪表读数调整为 1 M A ×M2。 3. 使用中应注意的问题使用中应注意以下问题：由于溶解氧电极信号阻抗较高（约20MΩ），溶解氧电极与转换器之间距离zui大为50m；溶解氧电极不用时也应处于工作状态，可接在溶解氧转换器上。久置或重新再生（更换电解液或膜）的电极，在使用前应置于无氧环境极化1～2h；由于温度变化对电极膜的扩散和氧溶解度有较大影响，标定时需较长时间（约10min），以使温补电阻达到平衡；氧分压与该地区的海拔高度有关，仪表在使用前必须根据当地大气压进行补偿；测量溶液的含盐量高时，仪表标定时应使用含盐量相当的溶液；对于流通式测量方式，要求流过电极的zui小流速为0.3m/s。
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电磁流量计制造技术发展及应用行业
发布时间：2010-10-25 15:12:11 查看：41次 字体：【大中小】
在过去，电磁流量计的校验必需送到专门的标定校验设备上进行检查。但是，随着电磁流量计制造技术的发展和应用行业的扩展，电磁流量计的使用越来越多、口径越来越大，送回校验装置上校验的难度也越来越大。特别是在给水行业，由于应用管径大和行业特点，要做到断流取表外送校验，操作起来难度很大，既费时又费力，甚至根本无法拆下来。但是，各企业根据ISO9001质量管理体系的要求，作为计量仪表的电磁流量计，需要进行定期检验。为此，电磁流量计的应用者和制造商一直都在苦苦寻求一种在线的电磁流量计检验方法，来替代传统的离线校验方法。
近年国内外常用的电磁流量计在线检验方法：大口径电磁流量仪在线校验方法上世纪90年代，上海水务系统开始摸索在线检查和验证，他们用的模拟信号器检测转换器，传感器检查则以测试电极接液电阻，检查励磁线圈包括励磁连接电缆的绝缘电阻和铜电阻，以及检查转换器输出的励磁电流，核对磁场强度等间接方法。在有停流条件的管线，从预设在传感器附近入孔进入，检查电极和衬里污秽、沉积状况并清洗。
上海自来水公司和原水公司在电磁流量计制造厂配合下，探索并积累了300余台大口径电磁流量计检查经验，并于1997～1998年间起草了《大口径电磁流量仪在线校验方法》，在上海市公用事业管理局所属企业试行。现在上海水务局正在此文件的基础上制订《电磁流量仪在线校验规范》地方行业性标准。同样的概念在一些文献中也提及到，如东京都水道局和日本三菱化学工业的电磁流量计现场检验方法。在线电磁校验仪GS9电磁流量计在欧洲的使用数量zui多，其在线检验技术也zui成熟，一些主要的电磁流量计制造商基于上述方法还开发出了的电磁流量计在线检测仪器，如KROHNE的GS9在线电磁流量计校验仪。该仪器作为一套全面检测电磁流量计传感器和转换器的校验仪，其检测的内容包含了电极信号、模拟流量输出的测量、现场励磁电流的测量、电流和频率输出的测量、线圈和电极电阻等，并对数据加以记录，还可传送到PC机。
检验过程GS9的使用方法十分简单，只要根据电缆的标识和流量计进行连接（即插即用），然后启动自动校验，数据会存储在内部的存储器中（70台仪表），随后可将数据传送到计算机上进行处理。检验仪自动载入仪表的GK、量程、口径、励磁电流、电流和频率输出的设置，并开始对励磁电流进行测量、检测线圈和电极电阻（短路或者开路）、检验两测量电极信号和对转换器电流、频率输出检验。对转换器的不同部件件给出“Pass”或“fail”诊断并存储整个校验的过程。整个过程校验均经自动控制通过RS232通讯口将校验数据上传到计算机。溯源性GS9直接可以溯源到KROHNE的zui的校验仪（GS100）和（荷兰计量测试研究院NMI），传感器校验的不确定度0.03%，GS9的测量不确定度0.09%。在现场或仪表室通过RS232将GS9和PC相连，完成上述在线检验或诊断仪器的方法虽然不用将管线流量停流后再对流量计进行检测，但仍需要外界检测设备的帮助才能完成整个检验过程。因此开发自带诊断和检验功能的流量计是当前流量计研发的趋势。
一种具有自诊断功能的电磁流量计IFC300IFC300是基于上述原因而开发出的一种能自行检验的电磁流量计。
电磁流量计电磁流量计制造技术发展及应用行业
发布时间：2010-10-25 15:12:10 查看：26次 字体：【大中小】
一种具有自诊断功能的电磁流量计 IFC300IFC300 基于上述原因而开发出的一种能自行检验的电磁流量计
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近年国内外常用的电磁流量计在线检验方法：大口径电磁流量计线校验方法上世纪 90 年代。电磁流量计校验必需送到专门的标定校验设备上进行检查。但是随着电磁流量计制造技术的发展和应用行业的扩展，过去。电磁流量计使用越来越多、口径越来越大，送回校验装置上校验的难度也越来越大。特别是给水行业，由于应用管径大和行业特点，要做到断流取表外送校验，操作起来难度很大，既费时又费力，甚至根本无法拆下来。但是各企业根据 ISO9001 质量管理体系的要求，作为计量仪表的电磁流量计，需要进行定期检验。为此，电磁流量计应用者和制造商一直都苦苦寻求一种在线的电磁流量计检验方法，来替代传统的离线校验方法。
用的模拟信号器检测转换器，上海水务系统开始摸索在线检查和验证。传感器检查则以测试电极接液电阻，检查励磁线圈包括励磁连接电缆的绝缘电阻和铜电阻，以及检查转换器输出的励磁电流，核对磁场强度等间接方法。有停流条件的管线，从预设在传感器附近入孔进入，检查电极和衬里污秽、堆积状况并清洗。
上海自来水公司和原水公司在电磁流量计制造厂配合下。并于 1997 1998年间起草了大口径电磁流量仪在线校验方法》上海市公用事业管理局所属企业试行。现在上海水务局正在此文件的基础上制订《电磁流量仪在线校验规范》地方行业性规范。同样的概念在一些文献中也提及到如东京都水道局和日本三菱化学工业的电磁流量计现场检验方法。线电磁校验仪 GS9 电磁流量计在欧洲使用数量zui多，探索并积累了 300 余台大口径电磁流量计检查经验。其在线检验技术也zui成熟，一些主要的电磁流量计制造商基于上述方法还开发出了的电磁流量计线检测仪器，如 KROHNE GS9 线电磁流量计校验仪。该仪器作为一套全面检测电磁流量计传感器和转换器的校验仪，其检测的内容包括了电极信号、模拟流量输出的丈量、现场励磁电流的丈量、电流和频率输出的丈量、线圈和电极电阻等，并对数据加以记录，还可传送到 PC 机。
检验过程 GS9 使用方法十分简单。数据会存储在内部的存储器中（ 70 台仪表）随后可将数据传送到计算机上进行处理。检验仪自动载入仪表的 GK 量程、口径、励磁电流、电流和频率输出的设置，只要根据电缆的标识和流量计进行连接（即插即用）然后启动自动校验。并开始对励磁电流进行测量、检测线圈和电极电阻（短路或者开路）检验两丈量电极信号和对转换器电流、频率输出检验。对转换器的不同部件件给出 Pass 或 fail 诊断并存储整个校验的过程。整个过程校验均经自动控制通过 RS232 通讯口将校验数据上传到计算机。溯源性 GS9 直接可以溯源到 KROHNE zui的校验仪（ GS100 和（荷兰计量测试研究院 NMI 传感器校验的不确定度 0.03% GS9 丈量不确定度 0.09% 现场或仪表室通过 RS232 将 GS9 和 P电磁流量计C 相连,google优化，完成上述在线检验或诊断仪器的方法虽然不用将管线流量停流后再对流量计进行检测，但仍需要外界检测设备的协助才干完成整个检验过程。因此开发自带诊断和检验功能的流量计当前流量计研发的趋势。
电磁流量计应用中有关问题探讨
发布时间：2010-10-25 15:12:10 查看：28次 字体：【大中小】
电磁流量计应用中有关问题探讨
非轴对称流动引起的误差流体在管内流速为轴对称分布时，且在均匀磁场中，流量计电极上所产生的电动势的大小与流体的流速分布无关，与流体的平均流速成正比，而非轴对称流速分布时，即每个流动质点相对于电极几何位置的不同，对电极所产生的感应电动势的大小也不同，愈靠近电极，速度大的质点所产生的感应电动势越大，因此，必须保证流体流速为轴对称。如管内流速为非轴对称分布就会引起误差。因而在选装电磁流量计时要尽可能保证直管段的要求以减小其所引起的误差。
二、流体电导率的问题
流体电导率的降低，将增加电极的输出阻抗，并且由转换器输入阻抗引起的负载效而产生误差，因此，按如下所述原则，规定了电磁流量计应用中流体的电导率的下限。
电极的输出阻抗决定了转换器所需的输入阻抗的大小，而电极输出阻抗，可认为流体的电导率和电极大小所支配。
在理论分析时，将电极作为点电极，大小可以忽略，实际上，电极有一定大小，当直径为d的圆板电极与电导率为K的半无限展宽的流体接触时，其展宽电阻为1/2Kd，因此，如果管道直径Ｄ＞＞d，则电极的输出阻抗为两个展宽电阻之和，即等于1/Kd。
一般测量的流体电导率的下限为5?S/㎝～10?S/㎝，所以，若电极直径为1㎝，则电极的输出阻抗就为1/Kd=100kΩ～200kΩ，为使输出阻抗的影响限制在0.1%以下，转换器的输入阻抗应为200MΩ左右。
三、电极衬里附着物的影响
在测量有附着沉淀物的流体时，电极表面将受污染，常常引起零点变动，故必须注意。
零点变化和电极污染程度两者的关系，要进行定量分析比较困难，但可以说，电极直径越小，所受的影响越少，在使用中，应注意电极的清污，以防止附着。
在衬里上附着沉淀物时产生的误差Δε，如果附着的厚度是一样，则可由式：
Δε=1-2/[1+（Kω/Kf）+（1- Kω/Kf ）×（1-2t/D）2>计算，式中Kω、Kf分别为附着物和测量流体的电导率，附着物厚度为ｔ，直径为Ｄ。
若式中，Kω和Kf相等，则*，附着物的电导率较低时，上式也成立，但因为会增加电极的输出阻抗，因此受到限制，如绝缘性沉淀物浸在流体中就是这种情况。相反，如附着金属粉末等，因高电导率的附着层，使感应电势短路，使电极输出偏低，造成负偏差。
在测量具有沉淀附着物的流体时，除了选择如玻璃或聚四氯乙烯等难以附着沉淀的衬里外，还应增其流速。如果在流体中均匀地含有气泡，则测量的是包括气泡的体积流量，并且使所测流量值不稳定，而引入误差。
综上所述，在选用流量计特别是大口径电磁流量计时，应考虑今后对传感器的电极及衬里的维护问题。如选用上海光华·爱而美特仪器有限公司的刮刀电极或可更换式电极，或者在传感器的上游或下游的适当位置预置一个清洗用入孔，以便日后清洗传感器。
四、信号传输电缆长度的问题
传感器（即电极）与转换器之间的连接电缆愈短愈好。但有些现场受安装环境位置的限制，转换器与传感器的距离较远，这时要考虑连接电缆的zui大长度问题。传感器与转换器之间的连接电缆的zui大长度又由电缆的分布电容和被测流体的电导率决定。
实际使用中，当被测流体的电导率是在一定的范围之间，因此就决定了电极与转换器之间电缆的zui大长度。当电缆长度超过zui大长度时，由电缆分布电容引起的负载效应就成了问题。为防止这种情况发生，使用双芯两层屏蔽电缆，由转换器提供低阻抗电压源使内侧屏蔽与芯线得到相同的电压，以形成屏蔽，即使芯线与屏蔽之间有分布电容存在，但芯线与屏蔽是同电位，则两者之间就无电流通过，也无电缆的负载效应存在，因此可延长信号电缆zui大长度。另外，还可用特殊信号传输电缆延长转换器与传感器之间的zui大长度。
五、励磁的技术问题
励磁技术是电磁流量计测量性能的关键技术之一，励磁方式在实际应用上可分成交流正弦波励磁，非正弦波交流励磁和直流励磁方式。
交流正弦波励磁，当交流电源电压（有时是频率）不稳时，磁场强度将有所改变，所以电极间产生的感应电动势也变动，因而，必须从传感器取出对应于计算磁场强度的信号，作为标准信号。这种励磁方式易引起零点变动，而降低其测量精度。
非正弦波交流励磁，是采用低于工业频率的方波或三角波励磁的方式，可以认为产生恒定直流，周期性地改变极性的方式，因这种励磁电源稳定，故不必为除去磁场强度的变动而进行运算。
交流励磁方式的主要问题是感应噪声严重。
直流励磁方式，则是在电极上的极化电位成了重要障碍。故一定值的直流励磁方式仅适用于非电解质（如液态金属）液体的测量。
在测量自来水、源水等水溶液时，一般采用周期性间歇的直流励磁方式。间歇周期应选为交流电源周期的整数倍，可消除交流电源频率的噪声，排除了交流磁场的电涡流和直流磁场的极化干扰。
励磁频率降低，零点稳定性可以提高，但仪表抗低频*力减弱，响应速度慢，如果励磁频率高，则抗低频干扰的能力增强，但仪表的零点稳定性降低。这一问题到二十世纪七十年代研究出了低频矩形波（50Hz的1/2～1/32），解决了长期困扰电磁流量计的工频干扰，提高了零点稳定性和测量度；二十世纪八十年代又出现了三值低频矩形波励磁技术（有50Hz的1/8为周期，采用正弦规律变化的励磁电流），具有更好的零点稳定性，解决了干扰电势的影响，但降低了响应速度，并且在测量泥浆、纸浆等含固体颗粒和纤维流体及低导电率流体测量时，会产生电噪声（因流体摩擦电极，使电极表面氧化膜剥离后又形成所致），使输出信号摆动不稳；二十世纪八十年代末又针对这些问题推出了双频矩形波励磁方式，其励磁波形由低频（6.25Hz）矩形波和高频（75Hz）矩形波叠加构成，分别采样与之相对应的流量信号,得到低频和高频特征的两种信号经过处理后可再现实际流量的信号值。因此这种技术既具有低频矩形波励磁技术优良的零点稳定性，又具有高频矩形波励磁技术对流体噪声较强的抑制能力。
六、传感器接地的问题
电磁流量计传感器电极检测的流量信号是毫伏级，且以传感器内流体的电位为基准的，所以外来干扰对它的影响很大，因而，良好的接地很大程度上决定着流量计的测量准确度。被测的流体本身作为电导体，必须排除其他不相关的电磁干扰。电极检测出的电势信号，不受外界寄生电势的干扰。对传感器应有良好的单独接地线，接地电阻小于10Ω。在连接传感器的管道内若涂有绝缘层或是非金属管道时，传感器两侧应装有接地环。
七、结束语
今后随着电子及计算机技术发展与应用，使电磁流量计扩大了应用范围，可以测量以往不能测量的一些流体；能进行各种误差补偿，提高了测量准确度；具有转换线路异常、检测部分异常、误设定、空管、过限报警等自诊断功能；可通过手操器或计算机等实现远程通信，以调整电磁流量计的零点、量程变更、阻尼变更等。近年来，生产厂家推出了多种形式的电磁流量计以适应不同性质流体的测量。如：陶瓷衬里电磁流量计，无电极电磁流量计和采用多电极电磁流量
江苏华清仪表有限公司是国内外专业的热工仪表生产商，主营产品：各类热电偶、热电阻、流量计、液位计、变送器、校验仪表等。http://
电磁流量计使用注意事项及其对策六
发布时间：2010-10-25 15:12:05 查看：13次 字体：【大中小】
电磁流量计使用注意事项及其对策六
3忌“扰”及其防止对策
3.1忌“扰”
忌“扰”即避免形形式式外界寄生电势及本身产生的干扰。
电磁流量计既然是按电磁感应定律来工作的，而且其流量信号非常小，在满量程时只有几个毫伏，而在下限流量时，仅有数十微伏，因此极易受周围的诸如电动机、变压器及一些电器设备等所产生的电磁感应和静电的干扰。电磁流量计引入的干扰主要有同相干扰和正交干扰两种。其来源有：
①周围运行中的电器设备在金属管道上产生杂散电流（如管道上的电焊操作等），这些电流通过管道以及管道内的流体影响电磁流量计；
②电磁流量计与电机、电器设备公共接地或接至上、下水管道上，使电力设备的漏电流通过公共地线引入电磁流量计；
③周围电器设备的电磁场对信号传输线及电子线路的干扰；
④对于输送腐蚀性介质的绝缘管道或者具有绝缘内衬的管道，由于流体在绝缘管道中流动时与管壁磨擦会产生静电，它通过液体传到电磁流量计测量电极再传送至测量线路，干扰了流量信号；
⑤由电磁流量计本身的“变压器效应”所产生的正交干扰。流量信号从电极上引出，通过引线接到测量线路（转换器），即从电极1→流体内阻Rg→电极2→引线→转换器输入阻抗R1→引线→电极1形成一个回路，与流量计励磁线圈产生的主磁通B交联，象变压器的一匝次级绕组，感应出一个电势信号，超前于流量信号90≠，这便是“变压器效应”正交干扰信号。这一效应仅在交流励磁的电磁流量计上表现出来。