電磁流量計由流量傳感器和轉換放大器組成·圖2-27是四線制電磁流量計結構示意圖。二線制電磁流量計的結構與此類似,僅轉換器部分采用二線制電路。
(1)流量傳感器
電磁流量計的流量傳感器用于產生與流體流量成正比的感應電壓。圖2-28是電磁流量計傳感器的結構圖。
①流量傳感器的基本要求
a·能夠提供與流量信號成正比的、有足夠大幅值的電動勢信號。
b·有干擾調整機構,提高對外部干擾信號的抑制能力,使信噪比盡量大。
c·能夠適應流體惡劣的工作環境,能夠穩定可靠長期運行。
②流量傳感器的基本組成流量傳感器由測量管、電極和勵磁系統組成。
a·內襯電絕緣測量管。被測流體通過該測量管產生與流體流量成正比的感應電壓。測量管要求如下。
·能夠承受流體的工作壓力,具有一定強度。例如,石油采油工藝加壓注水的工作壓力高達42MPa。
·能夠對測量電極實現靜電屏蔽。
·能夠抗流體的腐蝕和溫度變化的影響。
·采用非導磁高電阻率的材料(其磁導率與空氣磁導率接近),不產生或盡量少產生渦電流。
·保證機械強度條件下,測量管厚度應盡量小,以降低成本和材料消耗。
·為滿足長筒流量計要求,應有足夠的測量管長度。實驗表明,測量管法蘭端面之間的長度應至少1·3D。大口徑流量計一般為1D。
表2-16是常用測量管材料的性能比較。
材料 | zui大流體溫度 | 抗化學危害能力 | 抗磨損能力 | 杭壓力和溫度的形變能力 | 抗真空強度 | DN范圍/mm |
氟化塑料(聚四氟乙烯、PFA等) | 180 | 熱堿、熱高濃度酸 | 根據材料結構從差到好 | 根據材料結構從強到肉 | 根據材料結構從弱到很小 | 2~600 |
不銹鋼加固層的PFA | 180 | 熱堿、熱高濃度酸 | 好 | 很小 | 很好 | 2·5~150 |
乙烯-聚四氟乙烯共聚物 | 120 | 熱堿、熱酸 | 很好 | 很小 | 很好 | 200~600 |
硬橡膠 | 90 | 低溶度溶液 | 差 | 非常小 | 相對較好 | 25~3000 |
不銹鋼加固層的聚丙烯 | 90 | 低溶度溶液 | 好 | 很小 | 很好 | 25~150 |
軟橡膠,氯丁橡膠 | 60 | 低溶度溶液 | 好 | 很小 | 相對較好 | 25~3000 |
聚氨酯 | 60 | 低溶度溶液 | * | 很小 | 好 | 50~1600 |
鋁/氧化鋯陶瓷 | 180 | 溫熱堿、100℃高溶度酸 | zui溶液磨損 | 實際無形變(小DN時高、長時間穩定性) | * | 2·5~250 |
內襯材料的要求如下。
·能夠使感應的電壓與金屬測量管之間實現絕緣。
·能夠適應被側流體的工作環境,例如,溫度、壓力腐蝕性、耐磨性、熱穩定性、黏結性等。
·容易加工和制造,有足夠強度。
常用內襯材料有聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、全氟乙丙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氮酷橡膠、氯丁橡膠、氧化鋁陶瓷等。
b·一對或多對徑向設置的電極。電極用于檢測感應電壓。由于電極處于勵磁磁場中,為防止磁力線在電極上集結,對電極有下列要求。
·電極應是非導磁的金屬材料。
·電極與流體接觸,因此,應適應流體工作環境,
·具有良好密封性,能夠與內襯和測量管密封,同時應具有一定的溫度補償作用,以適應工作流體溫度的變化。
·具有耐溫、耐壓、耐磨、抗腐蝕等性能。
·電解應具有耐磨、抗腐蝕等性能,使電極之間的距離不發生改變;使腐蝕造成的極化電壓盡量小。
·電極的安裝應便于清洗、安裝和維護。
·電極表面具有高的光潔度,利于提高電極的抗腐蝕性,提高零位穩定性。
常用電極材料有耐酸鋼1Crl8Ni9Ti、含鑰耐酸鋼OCrl8Nil2MoTi、哈氏合金B和哈氏合金C、鈦Ti,鉭Ta,鋯和鉑銥合金、碳化鎢硬質合金、導電橡膠、導電氟橡膠和多孔陶瓷等。
電極的面積與權重函數有關,因此,根據電極對數和面積分為單對點電極、多對點電極和大面積電極等。電極頭的形狀有平頭形、尖頭形和半球形等。電極可固定安裝或可拆卸安裝。電極的安裝平面應與磁力線平行。圖2-29是電極安裝圖。
接地環和接地電極是電磁流量計中的重要部件。在采用非金屬材料的測量管兩端法蘭上,需要加裝接地環,用于起到接觸液體、保護測量管端面內襯作用,因此,也稱為內襯保護環。接地環將流量信號的基準地電位與傳感器的信號連接,防止出現直流極化電壓,引入干擾。為實現穩定接地,應選用與電極材料一致或相近的耐腐蝕性材料作為接地環,這樣可使它們與液體之間形成相接近或大致相等的極化電壓,使形成的共模干擾降到zui小。
測量強酸、強堿和鹽類液體時,為節省貴金屬,不使用接地環,而用接地電極。它安裝在測量管內與電極成垂直的底部位置(稱為三電極結構),或再安裝一個電極在側量管的頂部(與接地電極相對),用于組成平衡電極(可*除噪聲干擾;使測量平均速度的過程被限制在平衡電極平面BEP內;用于非滿管流體流量檢測;消除接地環)。
C、用于在測量管產生勵磁磁場的磁系統。工業電磁流量計的勵磁系統常采用電磁鐵產生磁場。根據測量管口徑的不同,產生磁場的勵磁線圈和鐵芯、磁扼結構可有如下幾種常用結構形式。
·變壓器鐵芯式。測量管口徑小于10mm的傳感器常采用。它具有通過測量管的磁通較大、同樣流速下可獲得較大感應電動勢的優點。較大口徑應用時,因電極距離較大,漏磁磁通增大,電干擾較嚴重,儀表工作不夠穩定,此外,大口徑管道采用該方式勵磁造成儀表體積大,重量增加,給儀表維護和制造帶來問題。
·集中繞組式。電磁流量計口徑在10-100mm時,由于集中勵磁方式將繞組分為兩個無骨架的馬鞍形線圈,分別安裝在測量管上、下側,外面用0。 3-0。4mm硅鋼片制成磁扼。為保證磁場均勻,在勵磁線圈中間加一對極靴。
·分段繞組式。測量管口徑大于100mm時,常采用分段繞組式。馬鞍形勵磁線圈按余弦分布規律繞制,靠近電極的線圈繞得密,遠離電極的繞組繞得稀,以獲得均勻磁場分布,線圈外加一層磁轆,不需要磁靴。分段繞組安裝在測量管的上下兩側,使磁感應密度與管道橫截面平行,以保證測量精度。
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