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電磁流量計(jì)的發(fā)展應(yīng)用與其抗干擾技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步密切相關(guān)，特別是近幾十年來(lái)采用三直低頻矩形波動(dòng)勵(lì)磁技術(shù)和雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，以及微處理器硬件和軟件技術(shù)明顯地提高了電磁流量計(jì)抗*力和測(cè)量精度，擴(kuò)大了電磁流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域，改變了人們長(zhǎng)期認(rèn)為電磁流量計(jì)測(cè)量精度低，抗*力差的概念。

電磁流量計(jì)干擾噪聲的物理機(jī)理 
  1、工頻干擾噪聲         

工頻干擾噪聲是由電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合，另外電磁流量計(jì)工作現(xiàn)場(chǎng)的工頻共模干擾，其三供電電源引入的工頻串模干擾等，其產(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。首先就電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合產(chǎn)生的工頻干擾對(duì)電磁流量計(jì)工作影響ZUI大，而且在不同的勵(lì)磁技術(shù)下其表現(xiàn)的形態(tài)、特性不同，因而采取抗干擾措施也不同。對(duì)于工頻共模干擾和工頻串模干擾是常見的干擾，主要是由于電磁屏蔽缺陷、分布電容耦合、電磁流量計(jì)接地不良等原因產(chǎn)生，采用輸入保護(hù)技術(shù)、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術(shù)以及重復(fù)接地技術(shù)，工頻寬脈沖同步采樣技術(shù)等提高抗工頻干擾的能力。   
2、流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲   
      
電化學(xué)極化電勢(shì)干擾是由于電極感生電動(dòng)勢(shì)在兩極極性不同而導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面極化產(chǎn)生。雖然采用正負(fù)交變勵(lì)磁磁場(chǎng)能顯著減弱極化電勢(shì)的數(shù)量級(jí)，但不能根本上全部消除極化電勢(shì)干擾。其特性于流體介質(zhì)的性質(zhì)、電極材料性質(zhì)、電極的外形尺寸形狀有關(guān)，具有變化緩慢，數(shù)量級(jí)不大等特點(diǎn)。 對(duì)于工頻共模干擾和工頻串模干擾是常見的干擾，主要是由于電磁屏蔽缺陷、分布電容耦合、電磁流量計(jì)接地不良等原因產(chǎn)生，采用輸入保護(hù)技術(shù)、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術(shù)以及重復(fù)接地技術(shù)，工頻寬脈沖同步采樣技術(shù)等提高抗工頻干擾的能力。   
3、供電電源性干擾         
電磁流量計(jì)一般都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的變化都會(huì)給電磁流量計(jì)帶來(lái)電源性干擾噪聲。對(duì)電源電壓的幅值變化，因采用多級(jí)集成穩(wěn)壓，一般而言電源電壓的幅值變化對(duì)電磁流量的測(cè)量精度影響不大。 當(dāng)電源電壓的頻率波動(dòng)時(shí)，雖然其波動(dòng)范圍有限，但對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量精度影響較大。

電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線,在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示,在一內(nèi)徑為D,內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度為B的非導(dǎo)磁性測(cè)量管內(nèi),液態(tài)的具有導(dǎo)電性被測(cè)介質(zhì)以ν的速度流動(dòng),則在與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)U,該電勢(shì)的大小如下

U= BVD   (1)

式中:B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;ν為流體平均流速,m/s;D為測(cè)量管內(nèi)徑,D為測(cè)量管內(nèi)徑，m。

液體的體積流量為

qv=1/4πD2v   (2)

由式(1)和式(2)可得

U=[4B/πD]qv=Kqv   (3)

式中:K為儀表常數(shù),由于傳感器生產(chǎn)的離散性,對(duì)同一標(biāo)稱口徑的傳感器予以修正,K=4B/πD。傳感器的感應(yīng)電勢(shì)U與流量qv是線性的比例關(guān)系,它只與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和測(cè)量管內(nèi)徑D有關(guān),而與其他物理參數(shù)的變化無(wú)關(guān),這是電磁流量計(jì)的ZUI大優(yōu)點(diǎn)。只要測(cè)出感應(yīng)電勢(shì)的大小,就可計(jì)算出實(shí)際的流量

2.啤酒生產(chǎn)工藝中流量計(jì)的使用

圖2所示的是啤酒生產(chǎn)的主要工藝流程,為在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行有效控制,需對(duì)中間原料—麥汁,半成品中的清酒,高濃度稀釋工藝中的原汁酒、無(wú)菌碳酸水, ZUI終的成品灌裝以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行計(jì)量和控制。原料制備:啤酒生產(chǎn)原料制備過(guò)程中,主要測(cè)量參數(shù)是重量和物位,無(wú)重要流量測(cè)量點(diǎn),故不在此展開討論。麥汁生產(chǎn)：麥汁是啤酒生產(chǎn)的重要中間原料,對(duì)其進(jìn)行計(jì)量涉及到前后工藝(車間)之間的交接結(jié)算,很重要。尤其是前后工藝車間分開核算時(shí),計(jì)量結(jié)果關(guān)系到各自生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完成,故這一測(cè)量點(diǎn)是十分重要和敏感的,準(zhǔn)確是其首要指標(biāo)。麥汁有一定的粘度,但對(duì)于電磁流量計(jì)的測(cè)量不存在困難,需要考慮的是工藝過(guò)程中的消毒,用在該測(cè)量點(diǎn)的流量計(jì)可考慮采用PFE襯里(或PFA)和不銹鋼材料電極的電磁流量計(jì),它能夠防止稀的雙氧水、堿水的腐蝕,通常口徑在50~100mm之間,可根據(jù)流量和相配的工藝管道來(lái)確定流量計(jì)的口徑。發(fā)酵:發(fā)酵、過(guò)濾后的清酒,將通過(guò)管路輸往下道工序一包裝,同樣涉及到兩個(gè)部門的計(jì)量交接,對(duì)清酒準(zhǔn)確計(jì)量也是極其重要的,否則將引起不必要的糾紛對(duì)流量計(jì)的要求與麥汁計(jì)量相似。高濃度稀釋:因生產(chǎn)工藝的不同,有些啤酒是通過(guò)對(duì)高濃度原汁酒進(jìn)行勾兌而生產(chǎn)的,這就要求通過(guò)嚴(yán)格控制高濃度原汁酒和無(wú)菌碳酸水的配比比例,保證其混合后的啤酒度。在每一條生產(chǎn)線,需要兩臺(tái)電磁流量計(jì)作配比流量的控制,一般測(cè)量酒的流量計(jì)選取口徑50~100mm,測(cè)量水的流量計(jì)選20~50mm,視生產(chǎn)規(guī)模而定,為保證儀表具有較高的測(cè)量精度,應(yīng)保證流體流速在1ms以上,使流量測(cè)量在儀表的較佳工作范圍,同時(shí)流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)也應(yīng)該設(shè)置小一些,一般在1~3s,以提高控制的靈敏度,保證配比的準(zhǔn)確度。灌裝:灌裝的啤酒生產(chǎn)的ZUI后一步工序,其中灌裝要求每瓶(罐、桶)灌裝量的準(zhǔn)確控制(業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)為±l0mL)。就占市場(chǎng)絕大多數(shù)的玻璃瓶裝啤酒來(lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家均采用等液位灌裝,這種工藝對(duì)設(shè)備制造成本低,投資少,國(guó)內(nèi)啤酒企業(yè)絕大多數(shù)采用這種方法,但存在誤差較大的問(wèn)題,由于啤酒瓶生產(chǎn)的離散性,其容積差別較大,造成***終所灌裝的啤酒量存在有較大誤差。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中所掌握的情況,ZUI大可達(dá)士30mL若為減少這種誤差,采用于灌裝生產(chǎn)線所設(shè)計(jì)的批量控制電磁流量計(jì),可有效解決這個(gè)問(wèn)題。這類流量計(jì)具有較高的精度和快速響應(yīng)的性能,能快速、準(zhǔn)確地控制每瓶啤酒的灌裝量。通常,這類電磁流量計(jì)的口徑較小,一般在DN2.5~DN40之間,體積小巧,具有0.3s的響應(yīng)速度。于批量控制的電磁流量計(jì),其 ZUI小的批處理能力為10m(對(duì)于10mm口徑的儀表),實(shí)際使用的控制精度很高(可達(dá)±0.2%)。但目前國(guó)內(nèi)啤酒企業(yè)目前常用的灌裝設(shè)備極少采用這種電磁流量計(jì),只有在進(jìn)口的啤酒生產(chǎn)線上看到過(guò)隨設(shè)備進(jìn)口的這類儀表,其主要原因先是啤酒的灌裝量誤差還不會(huì)馬上影響到啤酒生產(chǎn);第 二就是目前所使用的設(shè)備成本低,已能滿足生產(chǎn)的需求。但隨著用PET替代玻璃瓶灌裝啤酒技術(shù)的擴(kuò)大應(yīng)用，這類配備批量控制電磁流量計(jì)的設(shè)備必將取代目前的等液位灌裝設(shè)備。

廢水處理:啤酒生產(chǎn)過(guò)程中有一些洗瓶和刷罐所產(chǎn)生的廢水,根據(jù)環(huán)保角度要求,必須進(jìn)行有效處理后再排放。啤酒行業(yè)這種相對(duì)小型的廢水處理系統(tǒng)已趨于成熟,中間處理過(guò)程以及排放所用的流量計(jì)可有多種選擇,諸如電磁流量計(jì)和明渠流量計(jì),不過(guò)從用戶應(yīng)用的信息反饋看,選用電磁流量計(jì)是比較合適的,盡管價(jià)格要比明渠流量計(jì)貴,但其運(yùn)行時(shí)的可靠性要高一些。

上述各種用途的電磁流量計(jì)管道連接方式多樣如用于廢水處理工藝的電磁流量計(jì)用法蘭連接,而其它工藝所用流量計(jì)絕大多數(shù)也是采用法蘭連接,但也有采用如食品、E藥行業(yè)所*的的快速連接方式,如圖所示。這類快速連接方式結(jié)構(gòu),通常是用于要經(jīng)常拆卸的場(chǎng)所。而從國(guó)內(nèi)實(shí)際使用的情況看,許多用戶在合理設(shè)計(jì)好工藝的安裝位置后,流量計(jì)一般是不會(huì)經(jīng)常拆卸的,故沒(méi)有必要在這方面投入更多,法蘭連接方式占***的多數(shù),而快速連接結(jié)構(gòu)有時(shí)反而存在容易滲漏的缺點(diǎn),如國(guó)產(chǎn)的扣環(huán),幾次使用后即有可能發(fā)生變形而無(wú)法鎖緊。

3.幾點(diǎn)應(yīng)用注意事項(xiàng)

3.1操作工藝的影響和處理

食品行業(yè)因產(chǎn)品衛(wèi)生要求,需定期用消毒介質(zhì)對(duì)工藝管道(包括流量計(jì))進(jìn)行消毒,采用的介質(zhì)有熱水(85℃以上)、蒸汽、堿水(50℃以上)以及雙氧水等。對(duì)此我們需要注意用上述具有較高溫度介質(zhì)的消毒過(guò)程,這對(duì)帶有襯里的電磁流量計(jì)具有一定危險(xiǎn)性,如果操作稍有不慎,容易損壞儀表。從防腐、耐溫和衛(wèi)生角度考慮,電磁流量計(jì)襯里材料選用聚四氟乙烯(PIFE為廣大食品行業(yè)用戶所接受,能夠勝任眾多苛刻的運(yùn)行要求。但是,在實(shí)際的使用中,由于在較高溫度介質(zhì)和長(zhǎng)時(shí)間(一般在0.5~1.0h)沖洗下,工藝管道內(nèi)的空氣發(fā)生膨脹,同時(shí)PFE襯里也有所軟化。假如此時(shí)安裝有流量計(jì)工藝管道上兩端閥門誤關(guān)閉,管道溫度隨著時(shí)間而下降,管內(nèi)空氣或液體也隨之收縮產(chǎn)生負(fù)壓損壞襯里。電磁流量計(jì)襯里對(duì)負(fù)壓承受能力與介質(zhì)工藝參數(shù)有關(guān),且與襯里材料的特性而異。表1是某不同口徑電磁流量計(jì)襯里耐壓數(shù)據(jù)表。因管道內(nèi)所產(chǎn)生的負(fù)壓作用到PITE襯里,襯里不能承受而使之向管中心收縮,輕者襯里變形,重者電極部位密封破壞甚至襯里開裂,從而造成傳感器的損壞。在筆者的實(shí)踐中已多次遇到相似的例子,與用戶討論時(shí)一般并不認(rèn)為工藝操作中會(huì)有負(fù)壓發(fā)生,但實(shí)際的故障現(xiàn)象證明是負(fù)壓所起作用,某家啤酒企業(yè)變形PI襯里,凸起位置在兩電極中間,因尚未開裂,儀表沒(méi)有發(fā)生滲漏情況,用戶未發(fā)現(xiàn)此故障現(xiàn)象,只是發(fā)現(xiàn)使用時(shí)計(jì)量偏大。因襯里向內(nèi)凸起變形,除了引起局部的流態(tài)畸變外,實(shí)際流通面積變小,電極處流速增加,造成傳感器的特性變化,導(dǎo)致***終的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏大的誤差。

對(duì)于這種工藝中偶然有負(fù)壓發(fā)生的情況,可選用陶瓷襯里(導(dǎo)管)電磁流量計(jì),以避免負(fù)壓所導(dǎo)致的襯里變形故障的發(fā)生,但劇烈的溫度變化對(duì)陶瓷襯里(導(dǎo)管)是不合適的,容易發(fā)生陶瓷材料的開裂(特別是電極部位)。通常流量計(jì)生產(chǎn)廠家對(duì)陶瓷襯里(導(dǎo)管)電磁流量計(jì)在實(shí)際使用中容許介質(zhì)溫度的突變也是有規(guī)定的,系列陶瓷襯里電磁流量計(jì),其口徑為25~100mm的傳感器所容許的溫度變化速度是上升段為每10min變化150℃,下降段為每10min變化100℃。然而在實(shí)際操作過(guò)程中,要按這個(gè)溫度變化率來(lái)控制工藝是不現(xiàn)實(shí)的,所以也排除陶瓷襯里導(dǎo)管)電磁流量計(jì)在這類需要高溫消毒領(lǐng)域的應(yīng)用可能性。

對(duì)于這種有負(fù)壓運(yùn)行場(chǎng)合,一般情況下是在容易產(chǎn)生負(fù)壓的地方安裝負(fù)壓防止閥,用來(lái)避免發(fā)生負(fù)壓但因受到衛(wèi)生要求的限制而無(wú)法采用。改進(jìn)消毒工藝以及注意操作步驟的規(guī)范執(zhí)行也能避免這些失誤,但電磁流量計(jì)良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和襯里材料的選取可*避免這種情況的發(fā)生。例如,選用帶不銹鋼絲襯網(wǎng)的氟塑料襯里,電磁流量計(jì)是一個(gè)很適用的方法。其結(jié)構(gòu)是一成型的不銹鋼絲襯網(wǎng)用焊接的方法固定在測(cè)量管的內(nèi)壁上,再用澆注方法加工出襯里,成型的襯里與鋼絲襯網(wǎng)形成一體,繼而和測(cè)量管內(nèi)壁緊密相粘聯(lián),這樣就能承受負(fù)壓而保證襯里不被損壞。帶絲網(wǎng)PFA襯里的電磁流量計(jì)已在先前普通PTFE襯里電磁流量計(jì)發(fā)生過(guò)故障的場(chǎng)所使用,如安徽啤酒公司,目前運(yùn)行狀態(tài)正常.

3.2介質(zhì)中氣泡的影響和處理

除極少場(chǎng)所應(yīng)工藝需要安裝視鏡外,實(shí)際使用的工藝管道都是不透明的,因而無(wú)法觀察到管道內(nèi)流動(dòng)情況。但在許多的場(chǎng)所,因工藝或介質(zhì)本身的原因,所測(cè)液體常含一些氣泡。電磁流量計(jì)屬于速度型的測(cè)量方式,氣泡在管道圓截面中所占據(jù)的面積百分率,幾乎就等同于氣泡對(duì)流量測(cè)量的影響量。此外由于氣泡經(jīng)過(guò)電極表面存在一個(gè)摩擦過(guò)程,由此會(huì)產(chǎn)生尖峰脈沖干擾電勢(shì),其值遠(yuǎn)大于正常的流量信號(hào)。通常電磁流量轉(zhuǎn)換器無(wú)法有效地處理如此的干擾,輕者導(dǎo)致測(cè)量值不穩(wěn)定,情況嚴(yán)重時(shí)儀表根本無(wú)法工作。在一些缺乏經(jīng)驗(yàn)的用戶僅從測(cè)量的要求出發(fā),對(duì)電磁流量計(jì)的安裝位置沒(méi)有考慮防止氣泡等工藝上的特點(diǎn),容易發(fā)生一些運(yùn)行方面的問(wèn)題。例如有一啤酒廠,用電磁流量計(jì)對(duì)麥汁進(jìn)行計(jì)量,電磁流量計(jì)安裝在麥汁的冷卻器后,投用后反映出麥汁測(cè)量值偏大,而ZUI終獲得的啤酒產(chǎn)量又偏小,導(dǎo)致生產(chǎn)工藝前后工段交接的計(jì)量糾紛。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的查勘,發(fā)現(xiàn)安裝測(cè)量麥汁的流量計(jì)位置前有一個(gè)氣體注入口,其目的是增加發(fā)酵所需的含氧量,此時(shí)通過(guò)流量計(jì)的流體是麥汁和氣體的混合物,很明顯其測(cè)量的結(jié)果是要偏大的,顯示的瞬時(shí)流量值極不穩(wěn)定,上下波動(dòng)很快,無(wú)法看清流量計(jì)顯示屏上的瞬時(shí)流量值,因該用戶僅對(duì)ZUI終的累計(jì)總量感興趣,沒(méi)有注意到瞬時(shí)流量的異常波動(dòng)。在將氣體注入口移到電磁流量計(jì)下游后,計(jì)量趨于正常,消除了交接糾紛,啤酒產(chǎn)量和麥汁消耗量之比符合了工藝指標(biāo)。

3.3防止凝露導(dǎo)致的絕緣下降

啤酒生產(chǎn)工藝過(guò)程中大部分時(shí)間介質(zhì)處于較低溫度,如啤酒在灌裝時(shí)其溫度常低于室溫,在2℃左右,此時(shí)工藝管道與空氣接觸的部位很容易產(chǎn)生冷凝水。另外,由于特定的生產(chǎn)要求,許多生產(chǎn)車間一直處于極其潮濕的環(huán)境。在這種比較嚴(yán)酷的條件下,如果流量計(jì)外殼的密封不良,諸如接線盒,以及一些非焊接氣密級(jí)密封結(jié)構(gòu)的外殼,天長(zhǎng)日久冷凝水容易積聚在電磁流量傳感器的接線盒中、或透過(guò)密封不良的結(jié)合面滲入流量計(jì)殼體中。由于電磁流量傳感器的流量信號(hào)極其微弱(通常是幾個(gè)m),凝露水電阻的存在,直接的后果是導(dǎo)致電磁流量轉(zhuǎn)換器輸入回路阻抗下降,衰減了欲輸往放大器的流量信號(hào);或者是破壞勵(lì)磁回路和信號(hào)回路的絕緣,將高到幾十ⅴ的勵(lì)磁電壓引入到低電勢(shì)的信號(hào)回路中,造成流量計(jì)的嚴(yán)重故障。此時(shí)正確的方法應(yīng)該是選用分體式、具有IP67或IP68防護(hù)等級(jí)的電磁流量計(jì),由于這種防護(hù)等級(jí)的傳感器是*密封,無(wú)論環(huán)境如何惡劣,電磁流量計(jì)將不會(huì)再有產(chǎn)生冷凝水之憂慮。若在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)安裝普通防護(hù)型儀表,為避免可能產(chǎn)生的后遺癥,則可在接線盒中灌注絕緣材料,如變壓器油、中性的硅膠以及一些現(xiàn)場(chǎng)可固化的聚氨酯橡膠,也不失為一種比較有效的補(bǔ)救措施。