由于流量計(jì)傳感器具有可靠性高、耐腐蝕性強(qiáng)、容易變更測(cè)量范圍等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外好多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用并重點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行開發(fā)。

 

    2使用情況

 

    在我們所涉及的工程，例如輕工行業(yè)中流量計(jì)傳感器常應(yīng)用在食品、造紙、精細(xì)化工和污水處理等行業(yè)，用來測(cè)量乳液、番茄醬、啤酒、紙漿、填料、黑液、其他化學(xué)品等液體或具有氣液、液固兩相的液體流量。這些液體中除干凈液體外，大多為易粘、易堵、含氣泡、含固體顆粒，有的還具有強(qiáng)腐蝕性。

 

    目前，流量計(jì)傳感器具有傳感器、轉(zhuǎn)換器一體型和分離型二種結(jié)構(gòu)形式，高達(dá)IP68的防護(hù)等級(jí)，多種可選的耐腐耐磨忖里和電極材料，精度可達(dá)0.2級(jí)，這使得流量計(jì)傳感器基本上能滿足上述工況的流量測(cè)量需要。

 

    3流量計(jì)傳感器的特點(diǎn)和不足

 

    3.1特點(diǎn)

 

    （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無活動(dòng)部件和阻礙被測(cè)介質(zhì)流動(dòng)的擾動(dòng)件或節(jié)流件，對(duì)易黏附和固液二相介質(zhì)不易發(fā)生管道堵塞、磨損等問題?？蓮浹a(bǔ)質(zhì)量流量計(jì)不易測(cè)量此類介質(zhì)的不足。

 

    （2）流量計(jì)傳感器是一種測(cè)量體積流量的儀表，其測(cè)量不受流體的密度、溫度、壓力、粘度、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率的變化的影響。流量計(jì)傳感器只需用水作為試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定，而不需要作附加修正就可用來測(cè)量其它導(dǎo)電性液體。這是其他流量計(jì)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。

 

    （3）流量計(jì)傳感器測(cè)量范圍很大，有的產(chǎn)品測(cè)量范圍達(dá)1000:1。對(duì)同一口徑傳感器，其滿量程只要介質(zhì)流速在0.3~15m/s范圍內(nèi)可任意設(shè)定。流量計(jì)傳感器的測(cè)量范圍可涵蓋紊流和層流狀態(tài)兩種速度分布狀態(tài)，這是差壓式流量計(jì)、渦輪式、渦街等流量計(jì)不能與之相比擬的。

 

    （4）測(cè)量原理上是線性的，測(cè)量準(zhǔn)確度高，而且完全電信號(hào)輸出，測(cè)量的反映速度快，可測(cè)脈動(dòng)流量和快速累積總量。

 

    （5）耐腐蝕性能好。

 

    （6）原理上是測(cè)量過水?dāng)嗝娴钠骄魉?，?duì)流速分布的要求較低。因此，傳感器前后的直管段要求比其他流量計(jì)短。

 

    （7）可測(cè)正、反兩個(gè)方向的流動(dòng)流體。

 

    3.2不足之處

 

    （1）流量計(jì)傳感器不能用于測(cè)量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體。

 

    （2）流量計(jì)傳感器目前還不能用來測(cè)量導(dǎo)電率很低的液體介質(zhì)，被測(cè)液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10-5S/cm（相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率）。對(duì)石油制品或者有機(jī)溶劑等還無能為力。

 

    （3）由于測(cè)量管絕緣襯里材料受溫度的限制，目前工業(yè)流量計(jì)傳感器還不能測(cè)量高溫高壓流體。

 

    （4）流量計(jì)傳感器受流速分布影響，在軸對(duì)稱分布的條件下，流量信號(hào)與平均流速成正比。所以，流量計(jì)傳感器前后也必須有一定長(zhǎng)度的前后直管段。

 

    （5）流量計(jì)傳感器易受外界電磁干擾的影響。

 

    4勵(lì)磁對(duì)測(cè)量的影響

 

    流量計(jì)傳感器在使用中的效果受諸多因素影響。測(cè)量的真實(shí)、可靠及精度除了與轉(zhuǎn)換器有關(guān)外，更主要是取決于傳感器，而傳感器的勵(lì)磁技術(shù)對(duì)流量檢測(cè)影響很大。

 

    了解勵(lì)磁技術(shù)發(fā)展過程，對(duì)我們選用、維護(hù)流量計(jì)傳感器很有現(xiàn)實(shí)意義。

 

    4.1直流勵(lì)磁

 

    上個(gè)世紀(jì)初，歐洲國(guó)家曾研制出用直流勵(lì)磁的流量計(jì)傳感器，并開始其工業(yè)應(yīng)用。

 

    直流勵(lì)磁技術(shù)是利用永磁體或者直流電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電，以形成恒定的勵(lì)磁磁場(chǎng)，如圖1所示。直流勵(lì)磁技術(shù)的zui大問題是直流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在兩電極表面上形成固定的正負(fù)極性，引起被測(cè)流體介質(zhì)電解，導(dǎo)致電極表面極化現(xiàn)象。

 

    4.2工頻正弦波勵(lì)磁

 

    為了消除直流勵(lì)磁中電極極化效應(yīng)等弊病，在以后的幾十年中，發(fā)達(dá)國(guó)家又提出了用工頻正弦波勵(lì)磁，如圖2所示。是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電。其主要特點(diǎn)是能夠基本消除電極表面的極化現(xiàn)象，降低電極電化學(xué)電勢(shì)的影響和傳感器的內(nèi)阻。

 

    但是，工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)的采用會(huì)帶來一系列電磁感應(yīng)干擾和噪聲。

 

    上個(gè)世紀(jì)七，八十年我國(guó)代造紙行業(yè)在使用國(guó)產(chǎn)流量計(jì)傳感器中，發(fā)現(xiàn)流量計(jì)傳感器經(jīng)常出現(xiàn)零點(diǎn)和示值不穩(wěn)。嚴(yán)格的接地和遠(yuǎn)離電磁干擾源也不能完全解決，影響了生產(chǎn)。這與工頻勵(lì)磁的弱點(diǎn)有關(guān)。

 

    4.3低頻矩形波勵(lì)磁

 

    為了徹底解決流量計(jì)傳感器工頻干擾問題，提高流量測(cè)量精度，介于直流勵(lì)磁和工頻交流勵(lì)磁之間的低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)被提出。此項(xiàng)勵(lì)磁技術(shù)，如圖3所示，既具有直流勵(lì)磁技術(shù)不產(chǎn)生渦流效應(yīng)、變壓器效應(yīng)（正交干擾）的特點(diǎn)，又具有工頻正弦波勵(lì)磁基本不產(chǎn)生極化效應(yīng)，便于放大信號(hào)處理，而能避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問題的優(yōu)點(diǎn)，以及有較好的抗干擾性能，得以在流量計(jì)傳感器中廣泛應(yīng)用。

 

    由于矩形波勵(lì)磁的這些優(yōu)點(diǎn)，上個(gè)世紀(jì)八十年代中，使以引進(jìn)此種勵(lì)磁技術(shù)的合資產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。

 

    4.4雙頻矩形波勵(lì)磁

 

    上世紀(jì)80年代后期國(guó)外制造廠商又推出雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)。成功地解決了流量計(jì)傳感器零點(diǎn)穩(wěn)定性和對(duì)液固兩相導(dǎo)電性流體以及低導(dǎo)電率流體流量的適應(yīng)性，開拓了流量計(jì)傳感器新的應(yīng)用領(lǐng)域，開始了雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。

 

    低頻矩形波勵(lì)磁雖然具有優(yōu)良的零點(diǎn)穩(wěn)定性，但在測(cè)量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)，固體顆粒擦過電極表面導(dǎo)致電極的接觸電勢(shì)突然變化，電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰狀脈沖，具有1/f的頻譜特征；在測(cè)量低導(dǎo)電率流體流量時(shí)，電極的電化學(xué)電勢(shì)定期變動(dòng)，產(chǎn)生幅值隨頻率成反比的噪聲（即1/f噪聲），導(dǎo)致低頻矩形波勵(lì)磁流量計(jì)傳感器輸出搖擺，如圖4所示。前者稱為泥漿干擾，后者稱為流動(dòng)噪聲。

 

    研究分析表明，泥漿干擾和流動(dòng)噪聲具有1/f的頻譜特征。低頻時(shí)幅值大，高頻時(shí)幅值小，如果采用較高頻率的低頻矩形波勵(lì)磁則能大大降低泥漿干擾的數(shù)量級(jí)。因此提高勵(lì)磁頻率有助于降低泥漿干擾和流動(dòng)噪聲，提高傳感器輸出信號(hào)的信噪比。近十幾年來，低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)的采用，提高流量計(jì)傳感器抗干擾的能力、降低勵(lì)磁功率以提高勵(lì)磁的經(jīng)濟(jì)性，zui明顯地表現(xiàn)在單位流速信號(hào)電勢(shì)降低從1mV/ms-1到0.6mV/ms-1、0.4mV/ms-1、0.2mV/ms-1、0.1mV/ms-1。如果隨著單位流速信號(hào)電勢(shì)幅值比現(xiàn)有技術(shù)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，則泥漿干擾和流動(dòng)噪聲的影響明顯增強(qiáng)，為了進(jìn)一步提高抗干擾能力，必須采用較高頻率矩形波勵(lì)磁。

 

    綜上所述，要保證流量計(jì)傳感器的零點(diǎn)穩(wěn)定性，zui好采用低頻矩形波勵(lì)磁；為了能較準(zhǔn)確地測(cè)量液固兩相導(dǎo)電性流體和低導(dǎo)電率流體的流量，又必須采用較高頻率的矩形波勵(lì)磁。采用如圖5所示的雙頻矩形波勵(lì)磁的方法是zui佳方案。

 

    隨著造紙產(chǎn)品的多樣化，我們又曾碰到對(duì)于高濃紙漿及具有一定雜質(zhì)的漿液的測(cè)量，流量計(jì)傳感器的輸出出現(xiàn)飄忽不定現(xiàn)象。雙頻勵(lì)磁的機(jī)理使我們明白了產(chǎn)生此類現(xiàn)象的原因。而雙頻勵(lì)磁的產(chǎn)品的出現(xiàn)也正好解決了測(cè)量這種液體流量的難題。

 

    4.5另外，有些流量計(jì)傳感器生產(chǎn)商現(xiàn)在正在研制新穎交流勵(lì)磁技術(shù)。它既保持了矩形勵(lì)磁的零點(diǎn)穩(wěn)定性又具有高頻勵(lì)磁優(yōu)良的雜波去除功能，還有良好的抗50Hz工頻干擾性能。能很好的測(cè)量固體顆粒含量多達(dá)30%的二相液體。流量計(jì)的精度可達(dá)0.1%。

 

    造紙行業(yè)還有一項(xiàng)內(nèi)涵，就是廢紙的再利用和環(huán)境保護(hù)。在廢紙制漿和污水處理中，需用流量計(jì)傳感器測(cè)量含有數(shù)量不少的泥砂及各種雜粒的廢紙漿量，和含有大量油墨、污泥的污水量以及大設(shè)備的電器所造成的電磁干擾。它們對(duì)流量計(jì)傳感器會(huì)有更苛刻的要求。這種新穎交流勵(lì)磁方式又為我們提供了適應(yīng)這種工況的計(jì)量設(shè)備。

 

    在敘述了各種勵(lì)磁技術(shù)后，這里應(yīng)該指出，國(guó)產(chǎn)的流量計(jì)傳感器經(jīng)過幾代科技人員艱苦不懈的努力，在性能和可靠性方面具備了很高的水平，在國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)使用中占了相當(dāng)?shù)姆蓊~。

 

    5使用中應(yīng)注意的問題

 

    這些問題大家已經(jīng)很熟悉了，把它羅列出來是想進(jìn)一步發(fā)掘更有效的使用經(jīng)驗(yàn)。

 

    （1）流量計(jì)傳感器是容積式液體流量計(jì)，在測(cè)量時(shí)應(yīng)保證流量計(jì)內(nèi)的液體是充滿管道的。為使流速平穩(wěn)，流量計(jì)前后應(yīng)有大于5D和2D的直管段。流量計(jì)口徑大小的選擇應(yīng)使zui小zui大流量時(shí)的流速在保證測(cè)量精度的范圍內(nèi)。

 

    （2）當(dāng)不得不裝在自上而下的垂直管道上時(shí)，流量計(jì)應(yīng)裝在管道的下部，且流量計(jì)下游裝有節(jié)流閥門使下游產(chǎn)生一背壓。

 

    （3）當(dāng)測(cè)量容易積渣附著的介質(zhì)時(shí)，不要將流量計(jì)安裝在傾斜管道的zui低點(diǎn)。在管低端安裝清洗閥或盲板，定期清洗內(nèi)壁附著物。

 

    （4）在振動(dòng)劇烈的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)將傳感器和轉(zhuǎn)換器分開安裝?？趶街?ge;DN350的流量計(jì)兩端應(yīng)設(shè)支架或吊架。

 

    （5）安裝在塑料管道或帶內(nèi)襯管道上必須使用接地環(huán)。

 

    如接地環(huán)和測(cè)量電極由不同材料制成，會(huì)引起電化學(xué)腐蝕損壞電極。電極材質(zhì)選配不當(dāng)，被測(cè)介質(zhì)會(huì)使電極極化而減弱信號(hào)的電勢(shì)。因此，電極材料的選擇也應(yīng)引起注意，可參閱說明書及與制造廠商量。

 

    （6）有些工況需在管道內(nèi)注入化學(xué)藥品，注入后會(huì)導(dǎo)致液體導(dǎo)電率不勻?qū)α髁坑?jì)傳感器輸出信號(hào)產(chǎn)干擾。對(duì)此，可采用在流量計(jì)下游注入，如需在上游注入則注入點(diǎn)應(yīng)與流量計(jì)保持一定距離，使液體混合均勻。

 

    （7）分體式流量計(jì)傳感器的傳感器和轉(zhuǎn)換器間zui大電纜長(zhǎng)度與導(dǎo)電率有關(guān)。椐資料介紹導(dǎo)電率為5μs/cm時(shí)長(zhǎng)度不超過10m，100μs/cm時(shí)長(zhǎng)度不超過100m，不然會(huì)引起測(cè)量信號(hào)的失真。

 

    （8）流量計(jì)傳感器應(yīng)避免安裝在大功率的電氣設(shè)備和開關(guān)柜傍以減少電磁干擾。

 

    （9）發(fā)生雷擊時(shí)在線路中產(chǎn)生的過電壓和浪涌電流會(huì)通過儀表室的電源線進(jìn)入儀表（流量計(jì)傳感器）使之損壞。目前，這個(gè)問題已被越來越多的自控人員所認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)時(shí)在儀表用總電源進(jìn)線端，甚至在單個(gè)儀表的電源端裝過壓和浪涌電流吸收裝置，防止它們對(duì)儀表的損壞。

 

    （10）新的延伸。

 

    目前有的生產(chǎn)廠對(duì)接地極采取了新的措施。在傳感器襯里上嵌入導(dǎo)電橡膠，既省去了接地環(huán)或接地法蘭、降低了成本，也方便安裝。

 

    流量計(jì)傳感器采用高性能PEEK材料作為電極絕緣密封之用，提高了電極絕緣的穩(wěn)定度和可靠度。確保在高濕惡劣環(huán)境下，電極的絕緣電阻也能達(dá)到200MΩ以上。

 

    根據(jù)電容效應(yīng)原理設(shè)計(jì)流量空管報(bào)警功能。它的靈敏度高，但不受管壁殘留液的影響。

 

    流量計(jì)的勵(lì)磁技術(shù)不斷發(fā)展體現(xiàn)了：生產(chǎn)的需要促進(jìn)了科研，科研的成果又推動(dòng)了生產(chǎn)的發(fā)展。這也說明了發(fā)展科技能更好興國(guó)。