排除电磁流量计测量过程中的干扰
时间:2012-09-08 阅读:1093
为了抑制和排除电磁流量计测量过程中的干扰,提高信噪比,提高测量的度和稳定性,讨论了电磁流量计几类干扰噪声产生的物理机理和特征,简要阐述了电磁流量计的几种硬件和软件方面的抗干扰技术。硬件方面设计了高精度低功耗的矩形波激磁电路,并从激磁电路中引出A/D转换器的参考电压,提高了A/D转换结果的抗*力。软件方面主要采用“计算斜率法”和“正负差值法”相结合的方法消除零点漂移。实验表明,这些方法在智能电磁流量计的测量过程中取得了明显的效果。
电磁流量计的测量原理
由法拉第电磁感应定律可知,当导体在磁场中做切割磁力线运动时,在导体两端就产生感应电动势。设在磁场强度为B的均匀磁场中放置一个垂直于磁场方向的直径为D的管道,当导电液体在管道中流动时,导电液体切割磁力线,就会在和磁场及流动方向垂直的方向产生感应电动势。如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极,两电极之间就会产生感应电动势[1]。如管道内流速v为轴对称分布,不考虑感应电动势的正负可得:
(1)
其中,B为磁感应强度,A为磁通量变化面积,D为导体长度,dl为被测介质运动的距离,v为被测介质运动的速度,U为感应电动势。
所测液体的体积流量为:
(2)
式(1)说明,导体在磁场内作切割磁力线运动,导体两端产生的感应电动势的大小与磁感应强度B成正比,与导体的长度D成正比,与导体运动的速度v成正比。由式(2)可知液体的体积流量与感应电动势成正比,这就是电磁流量计的设计原理。
3 电磁流量计运行期间的故障类型
电磁流量计安装并正常运行一段时期后会出现一些故障,常见故障原因有:流量传感器内壁附着层,雷击,线路的影响,电路板损坏,环境条件变化等因素。
3.1 雷击
雷击在线路中感应瞬时高电压和电流,进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有4条引入途径:电源线,传感器与转换器间的流量信号线、励磁线和输出4-20mA信号线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析,引起故障的感应高电压和电流大部分是从控制室电源线路和输出信号线引入的,其他两条途径较少。发生雷击时,不仅电磁流量计出现故障,而且和它相连的计量前端也可能出现雷击事故。因此使用时要做好各种防护措施。
3.2 环境条件变化
主要原因是管道杂散电流干扰,空间电磁波干扰,大电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好单独接地保护可获得满意测量,但如遇管道有强杂散电流不一定能克服,须采取流量传感器与管道绝缘的措施。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入,通常采用单层或多层屏蔽予以保护。
3.3 内壁附着层
由于电磁流量计测量污水、河水和净化水时,含有悬浮物或污脏体,易出现内壁附着层而产生的故障。若附着层电导率与液体电导率相近,仪表还能正常输出信号,只是改变流通面积,形成测量误差的隐性故障;若是高电导率附着层,电极间电动势将被短路;若是绝缘性附着层,电极表面被绝缘而断开测量电路,引起测量流量的减小。本公司就曾经出现过此类的故障现象。
3.4 线路的影响
由于线路受现场条件的影响,架设的线路可能出现被挂断和挖断的情况,导致电磁流量计不能正常计量。
3.5 电路板损坏
除雷击以外,电源电压过大,仪表进水或部件老化都可能引起电路板的损坏。
4 流量测量值与实际值不符时的原因及检查
4.1 故障原因
引起测量流量与实际测量不符的故障原因,大体上可归纳成以下5个方面。
(1)转换器参数设置不准确;
(2)传感器安装位置不妥,未满管或液体中含有气泡;
(3)未处理好信号电缆或使用过程中电缆绝缘下降;
(4)传感器下游流动状况不符合要求;
(5)传感器极间电阻变化或电极绝缘下降。
4.2 故障检查和采取措施
(1)复核转换器参数值,检查零点、满度值。我公司就出现传感器系数被修改的现象导致计量失真。
(2)查管道充是否不满管和含有气泡。本类故障主要是管网工程设计不良或相关设备不完善所引起的,对传感器进行改造。
(3)检查信号电缆系统。检查连接电缆匹配是否适当?连接是否正确?绝缘是否下降?通常人们检查电磁流量计测量流量不符的故障原因,往往忽视连接传感器和转换器之间的电缆系统,每个生产厂家生产的仪表对电缆的要求是不一样的。例如经常遇到以下事例:①将所附整根电缆割断后重新连接,使用一阶段后连接处吸入潮气,绝缘下降;②信号线末端未处理好,内屏蔽层、外屏蔽层和信号线相互间有短接,或与外壳短接;③不用规定型号(或所附)的电缆;(④电缆长度超过受液体电导率制约的长度上限;⑤液体电导率较低而传感器和转换器相距较远,未按规定使用屏蔽电缆。
两种流量计有各自的优缺点:
(1)电磁流量计在污水测量中的优点主要有以下几个方面:
(a)压力损失小相对较小。电磁流量计的传感器结构简单,测量管内没有可动部件,也没有任何阻碍流体流动的节流部件,当流体通过流量计时不会引起任何附加的压力损失,流量计的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力,是流量计中运行能耗zui低的流量仪表之一。
(b)可以测量脏污介质及悬浊性液固两相流的流量。电磁流量计的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管,不易阻塞含有固体颗粒或纤维的液固二相流体。
(c)电磁流量计所测得的体积流量,实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。
缺点主要是不能测量含有大量气体的液体。
(2)超声流量计在污水测量中的优点主要有以下几个方面:
(a)可做非接触式测量。
(b)和电磁流量计一般为无流动阻挠测量,没有压力损失。
(c)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。
时间法超声流量计只能用于清洁液体,一般在污水厂中主要用于出水管道流量的测量。
考虑到污水测量过程中管道中杂质、气泡对电磁流量计的影响,以及超声流量计在日常维护与保养得重要性,一种于污水测量的流量计,将是流量工作者今后努力研究的方向。