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  5 信号基准与直流噪声

  5.1 信号基准

  电磁流量计是一种以法拉第电磁感应定律(当导电性流体横穿过磁场时,在导电性流体中感应出正比于流体流速)为基本原理的流量计。为了有效地拾取两个测量电极上感应的mV级流量信号,并抑制干扰信号,流量信号以差动方式由传感器传输到转换器的差动放大器信号输入端,把“零电阻”的流体介质“地”作为差动放大器的信号地端。差动放大器对流量信号的差值进行放大,对叠加在流量信号中的共模干扰信号进行抑制和衰减。当存在接地回路地电流、电极极化电压、励磁回路与电极测量回路间的静电耦合电压等共模干扰时,只要差动放大器的工作参数对称,共模干扰不会影响到放大器对流量信号的放大,除非共模干扰电压超出放大器的共模抑制范围。

  用户在电磁流量计的安装与维护过程中,要充分认识到流量计系统接地的重要性,有的制造厂为了更加明确地说明接地的区别,把作为流量信号基准的地称作接液地(接液部件:接地电极或接地环等),把物理地称作大地。接液地不仅要求接地电阻尽量小,而且还要具有良好的稳定性与可靠性。
而大地主要是为了减少外界环境对流量计系统的干扰与保护,如电磁场辐射、流体介质地与大地的回路电流、雷击等。

  5.2 直流噪声

  在流量比较稳定的情况下,如果流量计输出波动较大,主要的影响因素是测量信号中叠加的直流噪声。如果流体介质地与大地良好,造成直流噪声的原因是电极上存在的极化电压。电极与电解质流体介质之间,因液体中发生正负离子的定向移动,产生一定的电场,因此形成电极与接液地之间漂移的极化电压。极化电压以共模干扰形式叠加于流量信号中,阻塞差动放大器,使流量信号不能放大,流量计不能完成正常的信号采样,或因其漂移变动,造成流量信号的波动。供水行业中,一般不会产生极化电压,但在化工行业中,因流体介质的腐蚀和电极与接液材质的不同,很容易产生极化电压,因此要求接液材质与测量电极材质一致,即使产生极化电压,因材质一样产生极化电压的电位也一样,使电极与测量基准之间的共模电压为最小。 

  6 超声波流量计在线标定电磁流量计

  制造厂采用标准容器法、称重法或标准表法等量值传递方式,实流标定电磁流量计。目前,还没有见到各方面认可的电磁流量计在线标定设备,ABB向用户提供一种叫做“CalMaster”的装置,可以认为是一种电磁流量计的专家评估系统,能够对Kent公司制造的电磁流量计进行在线评估,根据产品出厂时的历史参数记录与在线时产品运行状态参数对比,给出电磁流量计与原出厂时实流标定的测量精度相比,存在多大的可能误差。用户在使用流量计的过程中,若感到测量精度存在问题,应送相关计量部门进行检定。采用超声波流量计在线比对的方法,可以定性的评估电磁流量计运行状态是否良好,排除电磁流量计可能存在较大测量误差的情况。

   ⑴ 超声波流量计的测量精度低于电磁流量计的测量精度,因为电磁流量计测量的是圆面积上的面平均流速,且电磁导管的公称通径与不圆度误差,已在制造厂出厂实流标定时,经仪表系数修正。而超声波流量计测量的是管道轴向截面的线平均流速,流动速度分布畸变的影响应予以考虑,且现场管道直径与不圆度误差,用户很难给出定量值。

   ⑵ 超声波流量计直管段长度要求上游10D,下游5D,单声道超声波流量计实际应更长,现场条件往往不能达到。

   ⑶ 管壁锈蚀、涂覆防护和厚度等因素也影响超声波流量计的测量精度。

   7 泵流量不能判别电磁流量计是否准确

   用户在使用电磁流量计的过程中,经常有以泵流量大小评定电磁流量计是否准确的现象。但是,泵流量不能判别电磁流量计是否准确。

   ⑴ 泵铭牌规定的流量值和扬程值,应是代表泵能力的标称值,实际工况下,泵流量因扬程、效率、功率和管网负荷等变化而变化。

   ⑵ C级泵流量可能达到±8%的允差。

   ⑶ 多台泵并联运行,汇入总管的流量不一定等于各泵流量的总和。

   8 测量电极污染防护

   电极的污染对电磁流量计测量精度影响到何种程度,很难定量给出。

   ⑴ 在流体介质可能造成沉积物而污染电极时,应在设计和安装方面,选择合适的流速(选定管道口径)和安装方式,避免造成过多的沉积物。

   ⑵ 电极污染物理上表现为电极测量回路的信号输入阻抗增加或减少,只要阻抗不超过某一界限,对电磁流量计测量不会有副作用。高输入阻抗(1011Ω)差动放大器设计参数,能够避免因电极污染(阻抗增加)的影响。知名品牌的电磁流量计均能达到此技术指标,因此,在供水行业中,电极污染不是电磁流量计应用中应注意的问题。

   9 系统防雷

   雷电主要有两种形式:一种是不同带电云层间的放电,另一种是云层对地的放电,后者是雷害的主要根源,直接雷击、雷电静电感应和电磁感应是造成仪表损坏的主要因素。仪表防雷的目的不是避免雷击,而是为了保护仪表不被雷击电波损坏。

   制造厂在电磁流量计产品设计时,对流量计系统的防雷和抗干扰考虑了一定的防护措施。如:电源部分加装瞬态抑制二级管或放电管;电源、信号输入/输出电气隔离;数字通讯接口采用抗雷击器件;传感器与转换器之间的信号连接电缆采用三重屏蔽;要求流量计系统良好接地等。但是,在雷电频繁与强烈的地区,用户应采取进一步的措施:

   ⑴ 电源输入端加装1:1变压器和避雷器,避免电源被击穿。

   ⑵ 信号模拟输出加装避雷器。

   ⑶ 流量计系统接地一定要良好,且保证接液地与大地良好连接,避免管线和流体介质传导的雷击电流流过仪表本体。

参考文献:
1 行业标准·JB/T 9248-1999 《电磁流量计》
2 开封仪表厂·E-mag 电磁流量计使用说明书
3 ABB Ltd·CalMaster Operating Instructions
4 蔡武昌·流量测量方法和仪表选用·北京:化学工业出版社,2001.3

 

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