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        電磁流量計

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        管道式電磁流量計在線校準要求的探討

        來源:廣東省韶關市質量計量監督檢測所作者:林有干發表時間:2020-11-13 18:48:33

         摘 要: 電磁流量計是當前我國管道測量的主要工具,得到了廣泛應用,想要滿足社會發展的客觀要求,需要對當前管道式電磁流量計的在線校準要求有一個充分的了解,管道式電磁流量計所具有的測量原理主要是以法拉第電磁感應定律為基礎,主要的組成由傳感器和轉換器,傳感器一般會被直接安裝到測量的管道上,轉換器則是可以通過與傳感器的組合連接來構成一體型的電磁流量計,兩者間的鏈接如果是通過屏蔽電纜實現的,就還會被統稱為分離型電磁流量計。其在線校準主要是通過電參數法和標準表法來進行的,無論是哪一種校準方式都需要按照地方規范和行業標準來進行,本文對此進行了詳細分析,希望能夠促進管道式電磁流量計在線校準質量的提升。

         
        管道式電磁流量計一般都是被應用到自來水的測量中,隨著其優勢的逐漸體現,鋼鐵、石油、化工等領域的導電流體流量測量也開始應用電磁流量計,管道式電磁流量計能夠直接對酸、堿、鹽等腐蝕性導電液體進行測量,在我國的電力、工業、水利、水政水資源等公共企業的發展過程中發揮著重要作用。電磁流量計的應用具有準確度高、測量范圍大、靈敏性好、故障發生機率小等特點,在我國的管道建設中得到了廣泛應用,但是電磁流量計一般是被直接安裝在供水管網中,因此,與城市的供水管網有著緊密聯系,想要對其拆卸進行數據收集十分困難,我國在進行水大流量實流檢定的過程中得不到準確的數據,這就需要對電磁流量計的在線校準工作質量的提升進行優化,為其發展提供依據,規范其校準操作。 
         
        1 管道式電磁流量計特點及安裝要求
        ( 1) 管道式電磁流量計的特點
        管道式電磁流量計能夠自動的保存 24 小時的流量數據,以及在設備有效運行的過程中掌握停電時間,對出現的零流量時間能夠及時的提供報警,這些功能為相關工作的開展提供了便利。一般情況下只需要一次、二次的短信息就能得全天的測量數據,并且能夠結合實際生活中的用戶需求來進行相關測量內容的設定。隨著科學技術的發展電磁測量計的安裝過程中可以采用電磁旋渦流量計與 GSM 網絡相結合的方式,這種形式下的數據測量能夠保證無線電臺的 1 /3 左右的資源投入來進行水流量監測系統的建立,系統在建立完成后所需要的信息費用也只是在每天的一、二次信息采集過程中進行投入,節約了大量的頻率使用費和電費、維護費用。流量檢測儀表主要負責數據的顯示和運行過程中的通訊服務,并且能夠做好數據存儲,傳統的電磁流量計是通過 LED 或段式 LCD 來進行重要信息的顯示,顯示的內容具有一定的局限性,基本內容有數字、字母和漢字,數據存儲也一般通過二進制,通用性不高、存儲容量較小( 見圖1) 。
        傳感器在塑料管道上或有絕緣層、油漆管道上的安裝
        (2) 管道式電磁流量計的安裝要求
        在垂直管道中運用管道式電磁流量計進行氣體流量的測量時,需要將傳感器安裝到管道的垂直部分,測量的流向不限,如果被測氣體中含有液體,需要通過安裝來讓氣體流向處于由下向上的狀態。在進行液體流量的測量時,考慮到管路中流體可能存在的固體顆粒和氣泡的分布,傳感器應水平安裝,傳感器安裝位置應遠離彎頭、變徑、閥門、節流裝置,安裝點直管段的要求至少要滿足前 10D 后5D( D 為管線直徑) 。需要保證液體的流向是自下向上的,這樣做的主要目的是能夠防止液體所具有的重量額外附加在探頭上,造成設備損壞。傳感器在水平管道的一側進行安裝是常見的一種安裝形式,無論進行任何流體的測量,傳感器都可以側裝到水平管道,尤其是一些具有過熱蒸汽和飽和蒸汽的環境,一般在條件允許的情況下很好選擇側裝方案,盡可能的額減少流體溫度對設備的影響。傳感器在水平管道內的倒裝,倒裝是最不理想的安裝方法,在進行常見的一般氣體和過熱蒸汽中倒裝都不推薦使用,只有在進行飽和蒸汽、高溫液體測量時才會考慮。 
         
        2 管道式電磁流量計在線校準的方法
        ( 1) 電參數檢測法在線校準
        首先需要用檢測儀器和儀表來對流量計的機械性能、電參數進行測量,在設備不充足的情況下可以通過目測、觸摸等有一個評估,一般這些工作都要交給經驗豐富的老員工,這樣做的主要目的是能夠將在線運行的電磁流量計參數控制在合理的范圍內,以此來保證產品在出廠時具有一個高準確度,讓用戶感到滿意,優質的服務是提高社會效益和市場競爭力的重要內容。在測量過程中的機械性能主要是指流量計所具有的幾何尺寸,盡可能的減少變形和損傷的情況發生。電參數測量的主要內容是傳感器的勵磁線圈銅電阻和勵磁線圈對地的絕緣電阻,同時還有電極接液電阻,通過測量來了解轉換器所輸出的電流和頻率數值。由工作人員對電參數進行系統化的分析,保證電磁流量計在出廠前會接受到標準化的測量,對測量的數值要進行詳細的分析來保證以后測量數值與當前數值的比對。 
         
        ( 2) 標準表法在線校準
        標準表在選定完成后,會被應用到在線數據測量的過程中,通過對流量計測量到的數據進行科學相比,從而得出流量計誤差,采用適當的方法進行調整。標準表常見的有超聲波流量計,這一標準表形式具有便攜特點,實際應用過程中可以自主考量實際環境來進行管道參數采集,為換能器的安裝進行準確定位( 見圖 2) 。
        換能器的安裝
        3 在線校準方法的實際應用
        3. 1 標準表法的實際應用
        ( 1) 管道信息采集
        通過標準表法的應用主要是將超聲波流量計與測量管道進行詳細的比對,想要保證換能器之間安裝距離的合理性,需要做好測量管道的信息采集,管道的主要測量內容有管道所采用的材質,以及壁的厚度、內徑外徑數據等,其中最為困難的就是數據的采集工作,之所以困難是因為測量管道具有厚度不均勻的問題,并且管道內壁經常會出現結垢或者吸附物堆積的情況,因此需要在進行測厚儀采集的過程中,通過多個點的測量來保證其平均值。
         
         ( 2) 管道式電磁流量計在線校準安裝步驟( 以水平管道為例,豎直管道類同) 
        ①在待測管線上選定一段滿足直管段條件,外管壁平整、光滑的區域作為基本測量區; 
        ②使用 PANA TAPE 或較寬的卷尺測量待測管線的管周長,在測量過程中應保持卷尺與被測管線表面均勻接觸,讀取管周長;
        ③在距離初次測量管周長選點位置 1 /4 周長和1 /2 周長之處再分別測量管周長,取三次測量的平均值作為待測管線的周長; 
        ④使用測厚儀或手持式流量計的測厚功能測量沿所畫圓周測量多點( ≥4mm) 壁厚值,得到平均壁厚( 如管線外有漆層,應扣除漆層厚度約 0. 2mm ~ 0. 3mm) ; 使用流量計以及測得的管線周長和平均壁厚得到傳感器安裝間距 Spacing,并以此大致找出傳感器安裝位置,判斷所選管段的管外壁是否較為平整光滑,適合安裝; 
        ⑤使用砂紙將 A 點及 H 點附近區域管壁打磨光滑、平整,得到二個安裝基本區域( CPT 探頭至少為 7 × 5cm) 。打磨后重新連接 L1、L2 及兩個截面圓周,再次得到 A 和 H( 見圖 3) ;
        圖3
        以 A 和 H 點為基準,參照所需安裝的傳感器夾具尺寸,在管壁上定出夾具的具體安裝位置( 見圖4) ;
        圖4
        ( 3) 換能器的安裝
        換能安裝方法在我國相關部門提出了明確的參考值,通常情況下需要保證換能器處于測量管道的水平面兩側,在換能器的安裝過程中,需要找到測量管道所具有的焊縫,一般是處在測量管道的水平面一側,因此,需要在測量管道的安裝過程中避免出現焊縫,,如果因地理條件的因素,必須將焊縫設置在底部,需要調整換能器所處的位置,始終保證管道處于滿管水。在進行換能器的安裝過程中,可以按照直接穿透法和反射法來進行,準確的測量管徑所具有的大小,反設法的安裝過程十分簡單,但是該種方式主要是針對小管徑來進行的,即使在管道上涂抹了大量的耦合劑,換能器所能設置的測量面也無法完全的緊貼在管道壁。鑒于當前的環境和條件,需要在測量小管道的過程中時,將換能器換成小規格( 見圖 5) 。
        電磁流量計安裝
         
        3. 2 電參數法的實際應用
        ( 1) 傳感器的校準
        傳感器的校準工作至關重要,傳感器的測量需要以管道為主,了解電磁磁場,探索信號源,電參數法的應用也是針對這些內容來進行的。 
        ①測量管道。測量管道主要是承載被測流體的通道,整個管道的構成需要設置絕緣襯里,常見絕緣襯里的屬性一般是通過非導磁和高電阻來進行構建的,結合當前的傳感器校準工作來分析,常見的構成材質有橡膠、工業陶瓷等。
         
        ②電磁磁場。電磁磁場是勵磁線圈在通電后經過長時間的運行逐漸產生的,勵磁系統的構成主要有勵磁線圈、極靴等,在這一部分的電參數測量中主要是通過勵磁線圈的電阻和對地電阻來進行的。如 圖 6 所示,勵磁線圈的電阻和產生的勵磁電流之間的關系和相互數值會直接影響到磁感應的強度,通過對勵磁線圈電阻的測量能夠直接的對勵磁線圈的通斷進行判斷,減少匝間短路情況的發生,以此來保證傳感器測量的準確性。勵磁線圈對地電阻同樣會對流量計的安全起來關鍵性的保護作用,隨著絕緣值的減少,勵磁流對地會產生漏電流,因此為了提高流量計的測量精準性,需要在絕緣值下降后,進行解決。
        多電級電磁流量計激勵系統結構
        ③信號源。信號源主要包括電極、電極引線、電極屏蔽線、接線端子盒等,其中對電磁流量計檢測流量信號有著重要影響的部分就是電極,在進行測量的過程中,常常會因為電極和被測介質的接觸導致實際應用電極很容易出現表面狀況,影響到信號的穩定性,因此,為了避免測量的電參數數值出現偏差,需要保證電極電阻值的差值控制在可接受的范圍內( 見圖 7) 。
        電磁流量計模擬信號源
        ④殼體。殼體存在的主要任務是將電磁線路和自然環境相隔離,保護其應用過程中不會受到環境變化的影響,同時還需要結合當前的工作需要,來選擇好流量計的型號。在安裝的過程中需要保證傳感器的接地極和殼體始終處于相聯的狀態,這是為了增強儀表所具有的抗干擾能力。
         
         ( 2) 轉換器的校準
        轉換器的主要作用是做好傳感器輸入的模擬信號轉換,在完成數字信號轉變后能夠減少設計的誤差,通過性能測試,模擬信號發生器在這一過程中承擔著重要任務,數字電流表和頻率計數器等標準性要求很高的儀器在使用過程中要注意養護工作,轉換器校準的主要對象是電源端子與外殼絕緣電阻,在數據輸出中所具有準確度,一般檢查的內容有其運行頻率和管道內的電流,瞬時流量。 
         
        ①各項數據的準確度。一般情況下在進行數據輸出的過程中需要保證輸出頻率的穩定,輸出電流的有序,做好瞬時流量的控制,運用模擬信號來對數字電流表和頻率計數器等標準儀器的使用情況有一個基礎的認知。在測量和檢驗的過程中,首先需要做的是關閉電源,并且能夠將模擬信號所具有發生器端子嚴格的按照要求來轉換相關端子的參數,并以此作為基礎來保證數字電流表的使用頻率,通過計數器與轉換器的轉換,由電源輸出端子與頻率輸出端子進行結合。在判斷一切數據正常,運行狀態符合要求后,打開電源轉換模擬信號的檔位,輸入模擬流量,就可以對不同檔位的輸出頻率進行記錄。 
         
        ②數據處理。在進行數據處理的過程中需要對轉換器所輸出的各項數值進行精準的校準,對可能出現的運行問題有一個基礎性評定,主要目的是能在校準過程中,需要制定出合理的校準方法,選擇好校準所需要的儀器,了解現有的校準條件,全面提高校準人員對校準對像的了解。 
         
        4 計量設計的管理和協調
        ( 1) 計量校準工作的信息要求
        通常情況下機載設備在產品的使用過程中,說明書會提出以下資料,首先是設備運行和安裝過程中所需要的考量的技術指標。設備技術指標的制定為計量工作提供了基礎理論依據,能夠對設備的不同工作狀態有一個基礎性判斷,并以此為基準開展成品測試,充分了解設備所具有的技術性能,擴大準確度的影響范圍,并且能夠熟練的應用當前的計量設備。同時要結合當前的工作環境來制定出合理的解決方法,并且能夠結合當前的測量環境,提出更多與之相關的標準化內容,在進行設備的設計過程中,也能夠提供更為合理的校準方法,實現指導性的提升。能夠結合設備的使用原理來使安裝測量符合行業標準,設備供方為了滿足測量條件,需要制定出更加具有的針對性的設計方案,在設備的設計方沒有為測量人員提供精準的校準方法時,需要用戶自主的參照校準的安裝方法來進行,讓校準程序變得更加科學。
         
        ( 2) 計量校準工作的特性驗證
        通常情況下機載設備的設計完成后,需要充分認證其所具有的計量特性,其中在進行驗證方案選擇的過程中,實驗驗證是最為有效,能夠幫助設計人員對整個設計過程進行完善和補充,結合驗證所得的結論,對其計量性設計進行仔細的驗證,通過系統化的評審后提供給當前的用戶,還可以安排專業的測量人員來簽署完整的驗證資料。
         
        5 總結
        管道式計量性的設計是當前我國機載設備設計過程中的重要課題,通過其對裝備測量準確性得提升,能夠讓裝備的使用更加的安全、可靠,是我國工業建設過程中不可或缺的重要手段。通過計量性設計能夠保證計量的校準,讓相關產品能夠在固有的使用周期內始終保持一個良好的測試狀態,滿足技術發展要求。因此需要將計量性的設計上升到技術規范的層次,不斷的在成品設計中進行完善,為裝備的使用合理性提供技術支持。電磁流量計在安裝過程中,呼吁有效的避開強電力設備和一些高頻設備,以免導致其受到輻射源的影響,為維修和維護提供便利。
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