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電磁流量計(jì)由流量傳感器和轉(zhuǎn)換放大器組成·圖2-27是四線制電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。二線制電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與此類似,僅轉(zhuǎn)換器部分采用二線制電路。
(1)流量傳感器
電磁流量計(jì)的流量傳感器用于產(chǎn)生與流體流量成正比的感應(yīng)電壓。圖2-28是電磁流量計(jì)傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
①流量傳感器的基本要求
a·能夠提供與流量信號成正比的、有足夠大幅值的電動(dòng)勢信號。
b·有干擾調(diào)整機(jī)構(gòu),提高對外部干擾信號的抑制能力,使信噪比盡量大。
c·能夠適應(yīng)流體惡劣的工作環(huán)境,能夠穩(wěn)定可靠長期運(yùn)行。
②流量傳感器的基本組成流量傳感器由測量管、電極和勵(lì)磁系統(tǒng)組成。
a·內(nèi)襯電絕緣測量管。被測流體通過該測量管產(chǎn)生與流體流量成正比的感應(yīng)電壓。測量管要求如下。
·能夠承受流體的工作壓力,具有一定強(qiáng)度。例如,石油采油工藝加壓注水的工作壓力高達(dá)42MPa。
·能夠?qū)y量電極實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽。
·能夠抗流體的腐蝕和溫度變化的影響。
·采用非導(dǎo)磁高電阻率的材料(其磁導(dǎo)率與空氣磁導(dǎo)率接近),不產(chǎn)生或盡量少產(chǎn)生渦電流。
·保證機(jī)械強(qiáng)度條件下,測量管厚度應(yīng)盡量小,以降低成本和材料消耗。
·為滿足長筒流量計(jì)要求,應(yīng)有足夠的測量管長度。實(shí)驗(yàn)表明,測量管法蘭端面之間的長度應(yīng)至少1·3D。大口徑流量計(jì)一般為1D。
表2-16是常用測量管材料的性能比較。
材料 | zui大流體溫度 | 抗化學(xué)危害能力 | 抗磨損能力 | 杭壓力和溫度的形變能力 | 抗真空強(qiáng)度 | DN范圍/mm |
氟化塑料(聚四氟乙烯、PFA等) | 180 | 熱堿、熱高濃度酸 | 根據(jù)材料結(jié)構(gòu)從差到好 | 根據(jù)材料結(jié)構(gòu)從強(qiáng)到肉 | 根據(jù)材料結(jié)構(gòu)從弱到很小 | 2~600 |
不銹鋼加固層的PFA | 180 | 熱堿、熱高濃度酸 | 好 | 很小 | 很好 | 2·5~150 |
乙烯-聚四氟乙烯共聚物 | 120 | 熱堿、熱酸 | 很好 | 很小 | 很好 | 200~600 |
硬橡膠 | 90 | 低溶度溶液 | 差 | 非常小 | 相對較好 | 25~3000 |
不銹鋼加固層的聚丙烯 | 90 | 低溶度溶液 | 好 | 很小 | 很好 | 25~150 |
軟橡膠,氯丁橡膠 | 60 | 低溶度溶液 | 好 | 很小 | 相對較好 | 25~3000 |
聚氨酯 | 60 | 低溶度溶液 | * | 很小 | 好 | 50~1600 |
鋁/氧化鋯陶瓷 | 180 | 溫?zé)釅A、100℃高溶度酸 | zui溶液磨損 | 實(shí)際無形變(小DN時(shí)高、長時(shí)間穩(wěn)定性) | * | 2·5~250 |
內(nèi)襯材料的要求如下。
·能夠使感應(yīng)的電壓與金屬測量管之間實(shí)現(xiàn)絕緣。
·能夠適應(yīng)被側(cè)流體的工作環(huán)境,例如,溫度、壓力腐蝕性、耐磨性、熱穩(wěn)定性、黏結(jié)性等。
·容易加工和制造,有足夠強(qiáng)度。
常用內(nèi)襯材料有聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、全氟乙丙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氮酷橡膠、氯丁橡膠、氧化鋁陶瓷等。
b·一對或多對徑向設(shè)置的電極。電極用于檢測感應(yīng)電壓。由于電極處于勵(lì)磁磁場中,為防止磁力線在電極上集結(jié),對電極有下列要求。
·電極應(yīng)是非導(dǎo)磁的金屬材料。
·電極與流體接觸,因此,應(yīng)適應(yīng)流體工作環(huán)境,
·具有良好密封性,能夠與內(nèi)襯和測量管密封,同時(shí)應(yīng)具有一定的溫度補(bǔ)償作用,以適應(yīng)工作流體溫度的變化。
·具有耐溫、耐壓、耐磨、抗腐蝕等性能。
·電解應(yīng)具有耐磨、抗腐蝕等性能,使電極之間的距離不發(fā)生改變;使腐蝕造成的極化電壓盡量小。
·電極的安裝應(yīng)便于清洗、安裝和維護(hù)。
·電極表面具有高的光潔度,利于提高電極的抗腐蝕性,提高零位穩(wěn)定性。
常用電極材料有耐酸鋼1Crl8Ni9Ti、含鑰耐酸鋼OCrl8Nil2MoTi、哈氏合金B(yǎng)和哈氏合金C、鈦Ti,鉭Ta,鋯和鉑銥合金、碳化鎢硬質(zhì)合金、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電氟橡膠和多孔陶瓷等。
電極的面積與權(quán)重函數(shù)有關(guān),因此,根據(jù)電極對數(shù)和面積分為單對點(diǎn)電極、多對點(diǎn)電極和大面積電極等。電極頭的形狀有平頭形、尖頭形和半球形等。電極可固定安裝或可拆卸安裝。電極的安裝平面應(yīng)與磁力線平行。圖2-29是電極安裝圖。
接地環(huán)和接地電極是電磁流量計(jì)中的重要部件。在采用非金屬材料的測量管兩端法蘭上,需要加裝接地環(huán),用于起到接觸液體、保護(hù)測量管端面內(nèi)襯作用,因此,也稱為內(nèi)襯保護(hù)環(huán)。接地環(huán)將流量信號的基準(zhǔn)地電位與傳感器的信號連接,防止出現(xiàn)直流極化電壓,引入干擾。為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定接地,應(yīng)選用與電極材料一致或相近的耐腐蝕性材料作為接地環(huán),這樣可使它們與液體之間形成相接近或大致相等的極化電壓,使形成的共模干擾降到zui小。
測量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和鹽類液體時(shí),為節(jié)省貴金屬,不使用接地環(huán),而用接地電極。它安裝在測量管內(nèi)與電極成垂直的底部位置(稱為三電極結(jié)構(gòu)),或再安裝一個(gè)電極在側(cè)量管的頂部(與接地電極相對),用于組成平衡電極(可*除噪聲干擾;使測量平均速度的過程被限制在平衡電極平面BEP內(nèi);用于非滿管流體流量檢測;消除接地環(huán))。
C、用于在測量管產(chǎn)生勵(lì)磁磁場的磁系統(tǒng)。工業(yè)電磁流量計(jì)的勵(lì)磁系統(tǒng)常采用電磁鐵產(chǎn)生磁場。根據(jù)測量管口徑的不同,產(chǎn)生磁場的勵(lì)磁線圈和鐵芯、磁扼結(jié)構(gòu)可有如下幾種常用結(jié)構(gòu)形式。
·變壓器鐵芯式。測量管口徑小于10mm的傳感器常采用。它具有通過測量管的磁通較大、同樣流速下可獲得較大感應(yīng)電動(dòng)勢的優(yōu)點(diǎn)。較大口徑應(yīng)用時(shí),因電極距離較大,漏磁磁通增大,電干擾較嚴(yán)重,儀表工作不夠穩(wěn)定,此外,大口徑管道采用該方式勵(lì)磁造成儀表體積大,重量增加,給儀表維護(hù)和制造帶來問題。
·集中繞組式。電磁流量計(jì)口徑在10-100mm時(shí),由于集中勵(lì)磁方式將繞組分為兩個(gè)無骨架的馬鞍形線圈,分別安裝在測量管上、下側(cè),外面用0。 3-0。4mm硅鋼片制成磁扼。為保證磁場均勻,在勵(lì)磁線圈中間加一對極靴。
·分段繞組式。測量管口徑大于100mm時(shí),常采用分段繞組式。馬鞍形勵(lì)磁線圈按余弦分布規(guī)律繞制,靠近電極的線圈繞得密,遠(yuǎn)離電極的繞組繞得稀,以獲得均勻磁場分布,線圈外加一層磁轆,不需要磁靴。分段繞組安裝在測量管的上下兩側(cè),使磁感應(yīng)密度與管道橫截面平行,以保證測量精度。
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