交流励磁磁场电磁流量计应用广泛的交流励磁磁场电磁流量计
电磁流量计( emf) 是测量导电液体体积流量的仪器选择。约80% 的场合可以采用脉冲直流场励磁( 磁场线圈励磁类型) 技术, 如水的连续流量计量。然而, 由于流体的物理或水力特性, 在一些场合中需要采用具有交流磁场励磁的emf, 如固含量高或电导率非常低的流体( 见图1) 。图1.. 脱墨过程中的交流磁场emf 在过去的几十年中, emf 几乎已经在所有工业领域中得到证明和检验。由于emf 具有光滑无阻力的导管、无附加压降和易于清洗, 受到用户的广泛欢迎。emf 应用场合不同, 对测量技术的要求也不同。如在造纸机中, 为了控制出纸速度并达到需求的纸张质量, 非常重要的是获取浆料流量的无阻尼、无噪声信号。而在水果酸奶生产中, 必须产生无峰输出信号, 否则将无法实现水果和.. 白色结块..酸奶的正确混合。直流脉冲励磁emf 的应用场合常常接近其工作极限, 造成在过程中产生大噪声或多峰值的信号, 而导致测量结果不精确或重复性较差。
1 ..电磁流量计操作原理
emf 的测量原理基于法拉第感应定律: 导体经过磁场产生电压。该原理适用于导电流体流经由一对磁场线圈产生的垂直于其流动方向的磁场时的情况。流体所产生的电压由管径两端相对电极测量而得。所测信号电压与磁感强度、电极间距和流体流速成比例。由于磁感强度和电极间距固定, 因此流速与信号电压互成比例。又因为体积流量可以由平均流速和流动面积计算而得, 因此体积流量与信号电压成线性比例。感应信号电压被转换器转换成一定比例的、类似的和数字的信号。图2.. 脉冲磁场励磁和交流磁场励磁的比较共有两种类型的磁感线圈励磁, 分别为直流脉冲型和交流型( 如图2) 。在直流脉冲磁场励磁emf 中, 磁场线圈的电流在预定时间间隔内变换极性。由于每个周期电流在上升过程中不断变化, 测量只局限在励磁时间的25% , 即流量信号只有在这段时间间隔内才是完整的。直流脉冲励磁emf 通常在频率为6..25hz 和25hz 之间的场合应用。
2 .. 更多需求在多相流体的情况下, 上面提到的脉冲直流磁场励磁emf 的应用受到限制。图3 中给出了该流体在电极上的噪声频谱。在脉冲直流场仪表的操作范围内(25hz 内) , 噪声含量。另外, 脉冲直流磁场励磁频率所产生的奇数谐波也必须得到处理, 导致噪音增加和emf 输出信号不稳定。
3 .. 用交流场技术作为补救
交流场励磁emf 的磁感线圈由交流电源供电。因为它的励磁频率远高于直流脉冲励磁频率, 所以不存在前面提到的直流励磁脉冲的局限性问题( 如图2)。其测量窗口几乎接近99%, 即在励磁跨越零点时开始连续的流速综合处理。除了这些优点以外, 由于磁感线圈通常在线频率下工作, 所以它对线频噪声信号的灵敏性增强( 如图3) 。交流系统与脉冲直流系统相比, 其额外的缺陷是在精确性上有一定降低( 不超过1%) 。图3.. 多相液体噪音频谱
4 .. 交流场励磁的恢复
近期交流场励磁的新发展增强了其性能, 重点是消除了交流场励磁系统的缺陷, 其中将励磁频率增加到70 hz 起了部分作用( 见图3 中f new) , 并进一步采用了带有窄带滤波器的现代数字信号处理技术(dsp) 。为了在精确性上得到显著改善, 不但要重新设计转换器, 还要优化流量计的主体。用一个3 周线圈测量场强, 可补偿独立于液体温度的涡流效应。同时, 不再需要对流量计主体接线盒进行校正, 降噪模块也被取消。图4 所示的交流场emf fsm4000, 就是这种优化的产物, 抑制噪声信号的能力得到了改进, 精确性从2% 提高到0..5%, 零点稳定性也得到显著提高。由于采用了独立于线频率的磁感线圈的供电电流, 交流场仪表可以采用24v 直流电压供电。在采用这些更新的过程中, 重点考虑了向后兼容性, 所以新的转换器可以操作20 年前的仪表。这些仪表的尺寸范围从dn 1 到dn 1000( 1~ 1016 mm) 。流量计的套管可以选择pfa/ ptfe/ 硬或软橡胶或者特种.. 碳化陶瓷..( 用于高度研磨流体) 材料。对不锈钢仪表主体来说, 有很多过程连接通过了3a 认证和ehedg 核准。另外, 基准规格包括20 ..s/ cm 或0..5 ..s/ cm 的液体导电率。图4.. 交流场励磁emf fsm4000
5 .. 扩展应用范围
由于流量信号几乎连续的综合处理, 实际上使得冲击频率高达400 冲/ min 的脉动流( 由活塞, 震动膜和软管泵产生) 得到无差错的测量。要在脉冲直流场应用, 仪器必须在较高的频率下工作( 典型值25hz) , 脉动流的测量范围大约在140 冲/ min 内。用3..6% 的浆料和5% 的空气流体做实验时, 误差小于1% 。在这种场合脉冲直流场仪表( 由于其无法集成所有信号) 会产生两位数的误差。具有极低传导性( 如液体糖) 和/ 或具有内部噪声( 如蒸馏水) 的流体测量精度在0..5 ..s/ cm 以上, 可有效地应用于固含量达15%的泥浆或总固形物达22%的污泥流体。
6 .. 总.. 结
脉冲直流场系统已经得到优化, 交流场emf 在复杂的场合发挥着重要的作用。具有脉冲直流场技术的系统( 由于无法集成所有信号和具有较差的信噪比) 仍然不能应用于所有场合, 尤其是在直径较大时(> dn 200) , 其激励频率受到磁场系统的限制( 如图3) 。由于交流场技术的革新, 过去的一些局限( 零点不稳定、精度低于脉冲直流场仪表、无24v 直流供电) 目前都已得到解决。fsm 4000 为交流场技术界定了新的市场标准。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：