電磁流量計(jì)技術(shù)文章
液體電導(dǎo)率
使用EMF的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的,不能低于閾值(即下限值)。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用,超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)量,示值誤差變化不大,通用型EMF的閾值在10-4~(5×10-6)S/cm之間,視型號(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容,制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長(zhǎng)度。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5×10-8S/cm的液體。
工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4~10-1S/cm之間,使用不存在問(wèn)題,低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問(wèn)題。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過(guò)低就不能使用。表1列出若干液體的電導(dǎo)率。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低,認(rèn)為不能使用,然而實(shí)際工作中會(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,這類雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。對(duì)于水溶液,資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的,實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比,電導(dǎo)率將比查得的要高,也有利于流量測(cè)量。
表1 若干液體在20℃時(shí)的電導(dǎo)率
液體名稱 電導(dǎo)率
液體名稱 電導(dǎo)率
液體名稱 電導(dǎo)率
石油 (3~5)×10-13
丙酮 (2~6)×10-8
純水,高度蒸餾水4×10-8
苯 7.6×10-8
液氨 1.3×10-7
甲醇 (4.4~7.2)×10-7
飲用水 ≈10-4
海水 ≈4×10-2
硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3)
氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4)
氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2)
食鹽水(2.5%) 2×10-1
液體名稱 電導(dǎo)率
液體名稱 電導(dǎo)率
液體名稱 電導(dǎo)率
石油 (3~5)×10-13
丙酮 (2~6)×10-8
純水,高度蒸餾水4×10-8
苯 7.6×10-8
液氨 1.3×10-7
甲醇 (4.4~7.2)×10-7
飲用水 ≈10-4
海水 ≈4×10-2
硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3)
氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4)
氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2)
食鹽水(2.5%) 2×10-1
根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn),實(shí)際應(yīng)用的液體電導(dǎo)率要比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)橹圃鞆S儀表規(guī)范規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測(cè)量的zui低值。是受到一些使用條件限制,如電導(dǎo)率均勻性、連接信號(hào)線、外界噪聲等,否則會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象等。我們就多次遇到測(cè)量低度蒸餾水或去離子水,其電導(dǎo)率接近閾值5×10-6S/cm,使用時(shí)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。
6.5液體中含有混入物
混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作,但測(cè)得的是含氣泡體積的混合體積流量;如氣體含量增加到形成彈(塊)狀流,因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開(kāi),出現(xiàn)輸出晃動(dòng)甚至不能正常工作。
含有非鐵磁性顆?;蚶w維的固液雙相流體同樣可測(cè)得二相的體積流量。固體含量較高的流體,如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動(dòng),兩者之間有滑動(dòng),速度上有差別,單相液體校驗(yàn)的儀表用于固液雙相流體會(huì)產(chǎn)生附加誤差。雖然還未見(jiàn)到EMF應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但國(guó)外有報(bào)告稱固形物含量有14%時(shí)誤差在3%范圍以內(nèi);我國(guó)黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)報(bào)告稱,測(cè)量高沙含量水的流量,含沙量體積比17%~40%(沙中值粒徑0.35mm),儀表測(cè)量誤差小于3%。
在漿液內(nèi)有較大顆粒擦過(guò)電極表面,在頻率較低的矩形激磁的EMF中會(huì)產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲,使流量信號(hào)不穩(wěn),就要選用較高頻率的儀表或有較強(qiáng)抑制漿液噪聲能力的儀表,也可選用市電交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。
含有鐵磁性物質(zhì)的流體對(duì)通常的EMF,因測(cè)量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化,會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。但在磁路中置有磁通檢測(cè)線圈補(bǔ)償?shù)腅MF,可減小混入鐵磁體的影響。江蘇先行儀表科技有限公司在交流激磁儀表的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中稱,水中含有液固重量比約4:1,顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿,以80mm口徑儀表作清水和漿液對(duì)比流量試驗(yàn),通常的儀表示值變化7%~10%,裝有磁通檢測(cè)線圈的儀表,示值誤差在±2%FS以內(nèi)。
對(duì)含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用,應(yīng)注意對(duì)傳感器襯里的磨損程度,測(cè)量管內(nèi)徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生附加誤差。這種場(chǎng)合應(yīng)選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里,同時(shí)建議傳感器安裝在垂直管道上,使管道磨損均勻,消除水平安裝下半部局部磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)。也可以在傳感器進(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套,相對(duì)延長(zhǎng)使用期。
6.6 附著和沉淀
測(cè)量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時(shí),若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì),信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作,若是非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意電極的污染,譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮出沉垢。國(guó)外產(chǎn)品曾有電極上裝超聲波換能器,以清除表面垢層,但現(xiàn)已少見(jiàn)。也有暫時(shí)斷開(kāi)測(cè)量電路,在電極簡(jiǎn)短時(shí)間內(nèi)流過(guò)低壓大電流,焚燒清除附著油脂類附著層。易產(chǎn)生附著的場(chǎng)所可提高流速以達(dá)到自清掃的目的,還可以采取較方便的易清洗的管道連接,可不拆卸清洗傳感器。
非接觸型電極 EMF附著非導(dǎo)電膜層,儀表仍能工作,但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。
6.7 與流體接觸零部件材料的選擇
與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測(cè)量管)、電極、接地環(huán)和密封墊片,其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)流體的適應(yīng)性。由于零部件少,形狀簡(jiǎn)單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對(duì)流體的適應(yīng)性強(qiáng)。
?。?) 襯里材料(或直接與介質(zhì)接觸的測(cè)量管)
常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁999.7%AI2O3)陶瓷制成襯里的,但只限中小口徑傳感器。
氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體,如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿,價(jià)格zui為低廉。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性,但耐磨性差,不能用于測(cè)量礦漿液。氟塑料中zui早應(yīng)用的是聚四氟乙烯,因與測(cè)量管間僅靠壓貼,無(wú)粘結(jié)力,不能用于負(fù)壓管道,后開(kāi)發(fā)各種改性品種,實(shí)現(xiàn)注塑成形,與測(cè)量管有較強(qiáng)結(jié)合力,可用于負(fù)壓, 聚氨酯橡膠有*的耐磨耗性,但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍,適用于煤漿、礦漿等;介質(zhì)溫度要低于40~60/70℃。氧化鋁陶瓷有*的耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐磨腐蝕性,耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍,適用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆,安裝夾緊時(shí)疏忽易碎,可用于較高溫度(120~140/180℃)但要防止溫度劇變,如通蒸汽滅菌,一般溫度突變不能大于100℃,升溫150℃ 要有10min時(shí)間。
通用型EMF幾種材料的壓力溫度大體適用范圍可參閱圖4。
?。?) 電極和接地環(huán)材料
電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素,其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。
1)選擇耐腐蝕材料 EMF電極的耐腐蝕性要求很高,常用金屬材料有含鉬耐酸鋼Icr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C、鈦、鉭、鉑銥合金,幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極,它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極,或包覆這些材料的金屬電極。在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際和以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。有時(shí)后要做必要的實(shí)驗(yàn),如現(xiàn)場(chǎng)取液體樣品在實(shí)驗(yàn)室做待用材料的腐蝕性試驗(yàn)。的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)掛片,這是zui接近實(shí)際應(yīng)用條件的腐蝕性試驗(yàn),可以得出比較可靠能否適用的結(jié)論。
2)避免電極表面效應(yīng) 電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素,但有時(shí)候電極材料對(duì)被測(cè)介質(zhì)有很好的耐腐蝕性,卻不一定就是適用的材料,還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。
電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。
化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測(cè)介質(zhì)接觸后,形成鈍化膜或氧化層。他們對(duì)耐腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用,但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì)被氧化,生成絕緣層。
對(duì)于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì)------電極材料匹配,還沒(méi)有像腐蝕性那樣有充足的資料可查,只有一些有限經(jīng)驗(yàn),尚待在實(shí)踐中積累。
接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端,他們的耐腐蝕要求比電極低,充分有一定腐蝕,定期更換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用鉭鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。