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电磁流量计在矿井水泵流量测量中的应用

摘要:阐述了电磁流量计的工作原理,以及传感器(探头)安装使用过程中应注意的问题,以及测量数据精度的影响因素和补偿措施。电磁流量计其作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用永久磁铁来实现,其优点是结构比较简单,受交流磁场的干扰较小,但它易使通过测量导管内的电解质液体极化,使正电极被负离子包围,负电极被正离子包围,即电极的极化现象,并导致两电极之间内阻增大,因而严重影响仪表正常工作。当管道直径较大时,永久磁铁相应也很大,笨重且不经济,所以电磁流量计一般采用交变磁场,且是50HZ工频电源激励产生的。涡街流量计其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。蒸汽流量计主要用于工业管道中蒸汽介质流体的流量测量,蒸汽流量计特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。

1 使用现状

随着科学技术的进步,围堰法在流量检测中的应用越来越少。相比之下,电磁流量计具有检测精度高、携带方便、检测速度快等优点。目前,电磁流量计在管道流体流量测量中得到了广泛的应用。

2电磁流量计的使用原理

根据信号检测原理,电磁流量计可分为传播速度差法(直接时差法、相位差法、频差法)、波束偏移法、多普勒法、相关法和噪声法。目前,超声波传播时差法的应用最为广泛。其工作原理是超声波在流体中的传播速度受流体速度的影响。通过测量超声波在流体中的传播速度,可以检测流体的速度并转换流速。当超声波在流体中传播时,平滑传播的超声波传播速度将增加,逆流传播的超声波传播速度将降低,即在相同传播距离下存在不同的传播时间,然后通过使用传播速度差与测量的流体速度值之间的关系来计算流速。

图1电磁流量计的时差法示意图

如图1所示,有两个超声波传感器。两个传感器安装在流体管道的两侧,并保持一定的距离。管道内径为d,超声波笔路径长度为l,超声波下游流速为tu,逆流流速为td,超声波传播方向与流体流动方向的夹角为。

公式:非流动介质中的c-超声声速;流体介质的v流速度。

(2) - (1) 得

其中x是两个传感器在管道方向上的距离。

假设与介质中的超声波速度相比,流体的流速是少量的,即:

3流量测量精度的影响因素

3.1 探头的耦合性能

3.1.1表面粗糙度

当超声波从一种介质传播到另一种介质时,在介质的界面上会发生反射、透射以及散射。当反射器完全光滑时,我们认为散射效应为零,光滑时表面散射效应很小(Ra6.3)。过高的粗糙度会引起探头与管壁表面耦合界面的严重散射现象,使超声回波形发生畸变,从而损失大量的超声能量,降低传感器(探头)接收到的能量强度,影响测量效果。

3.1.2探针晶片对管道外壁的调整

传感器(探针)芯片的安装是水平平面,管道是具有一定曲率的近平面。这将不可避免地导致一些超声波在晶圆发射后通过偶联剂有效进入管道内壁时发生故障,从而影响测量效果。

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