安裝方式及干擾磁場(chǎng)對(duì)流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的影響

摘要：流量計(jì)是工業(yè)測(cè)量中的重要儀表之一。隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)流量計(jì)的測(cè)量精度和性能的要求越來(lái)越高。介質(zhì)的溫度、管道材質(zhì)、安裝位置、介質(zhì)的流速范圍、電磁場(chǎng)的干擾等都會(huì)影響流量計(jì)的測(cè)量精度，如何保障流量計(jì)在測(cè)量時(shí)的精確計(jì)量則是重中之重。上海上自儀公司主要介紹了渦輪流量傳感器、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)的合理安裝以及在應(yīng)用過(guò)程中避免磁場(chǎng)干擾的影響，從而確保流量計(jì)的精準(zhǔn)計(jì)量。

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，流量計(jì)被廣泛地用于石油、化工、冶金等工業(yè)部門(mén)和市政建設(shè)、環(huán)保工程中對(duì)液體（如酒精、水、油）、氣體（如天然氣、煤氣、氧氣）和蒸氣的流量計(jì)量。由于不同行業(yè)，不同被測(cè)介質(zhì)對(duì)流量計(jì)性能、運(yùn)行及壽命的要求，各種類(lèi)型、用途的流量計(jì)應(yīng)用而生。目前，市場(chǎng)上廣泛使用的流量計(jì)類(lèi)型主要有電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)和渦輪流量傳感器等。這些不同類(lèi)型的流量計(jì)根據(jù)各自不同的特點(diǎn)、用途在相關(guān)行業(yè)測(cè)量被測(cè)介質(zhì)的瞬時(shí)流量和體積總量，為現(xiàn)代化生產(chǎn)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。同時(shí)，隨著設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝的不斷提高，流量計(jì)的技術(shù)性能不斷改善，穩(wěn)定性、可靠性得以不斷提高。隨著技術(shù)的成熟，因流量計(jì)本身元器件損壞、性能不穩(wěn)而引起故障的概率已經(jīng)越來(lái)越小，而因安裝位置不正確所引起的故障或因周?chē)姶鸥蓴_信號(hào)對(duì)流量計(jì)產(chǎn)生的干擾，其對(duì)流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的影響在實(shí)際工作產(chǎn)生的概率反而越來(lái)越高。如何解決在應(yīng)用中遇到的此類(lèi)問(wèn)題，是我們今后在排除流量計(jì)故障中的一個(gè)重要問(wèn)題。以下主要介紹了渦輪流量傳感器、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)的合理安裝以及在應(yīng)用過(guò)程中避免磁場(chǎng)干擾的影響。

1 渦街流量傳感器的安裝及應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

渦街流量計(jì)的組成部分包括旋渦發(fā)生體、檢測(cè)探頭以及相關(guān)的電子線路。它依據(jù)卡門(mén)渦街原理，當(dāng)液體經(jīng)過(guò)三角柱形旋渦發(fā)生體時(shí)，會(huì)在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱(chēng)地排列，且一側(cè)旋渦分離的頻率與速渡成正比。此時(shí)，檢測(cè)探頭會(huì)形成交變電信號(hào)，輸出與旋渦同步成正比的脈沖頻率信號(hào)。

公式如下：式中，f 為渦旋發(fā)生頻率；V 為管道內(nèi)的平均流速；d 是渦旋發(fā)生體的迎面寬度；D 為表體通徑；Sr 為斯特羅哈爾數(shù)此類(lèi)型流量計(jì)在檢測(cè)元件時(shí)不接觸流體，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、可靠性離，介質(zhì)透應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的抗震性能。非常高測(cè)量溫度達(dá)400℃。 （1）在安裝過(guò)程中，流量計(jì)上游應(yīng)配置一定長(zhǎng)度的直管段。

（2）傳感器應(yīng)水平或垂直（流體自下而上）在與其公稱(chēng)通徑相應(yīng)的管道上。

（3）在傳感器的上游側(cè)不應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)閥。

（4）為了方便檢修和有利于保護(hù)儀器，在有條件的情況下，應(yīng)盡量采用有旁路閥門(mén)的安裝方式。

（5）傳感器應(yīng)盡量避免安裝在有強(qiáng)烈振動(dòng)的管道上，如確因條件有限制，傳感器必須安裝在振動(dòng)的管道上時(shí)，可采取在傳感器上游 2D 處加裝管道固定支撐點(diǎn)式在滿足直管段要求的前提下，加裝軟管過(guò)渡，如圖 2 所示。

（6）流量計(jì)安裝位置應(yīng)避免大動(dòng)率用電器、變頻器、高壓配電設(shè)施，安裝中應(yīng)防止磁場(chǎng)干擾和管道雜散電流的影響。例如，某水廠在管徑為 DN400mm 的兩條出水管安裝了兩臺(tái)流量計(jì)，啟用后一臺(tái)基本正常，另一臺(tái)在白天出現(xiàn)幅度波動(dòng)較大的現(xiàn)象，而在夜間儀表運(yùn)行正常。于是，將兩臺(tái)流量計(jì)對(duì)調(diào)發(fā)現(xiàn)故障依然存在，故判斷流量計(jì)本身無(wú)故障，很可能是安裝位置不合適，附近電磁場(chǎng)干擾所致。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察判定，流量計(jì)安裝接地保護(hù)，電氣連接均符合安裝標(biāo)準(zhǔn)。而在對(duì)周?chē)h(huán)境了解時(shí)發(fā)現(xiàn)流量計(jì)安裝位置附近有一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行變頻控制及自動(dòng)控制，且其附近 3m 處有一電源配電柜。由此初步判定此故障可能為磁場(chǎng)式管道雜散電流故障，由于此電源配電柜和變頻器控制柜是整個(gè)水廠的電機(jī)控制系統(tǒng)，如若關(guān)閉整個(gè)水廠電機(jī)將停止運(yùn)行，出水也將停止。因此，采取將水泵部分停運(yùn)，發(fā)現(xiàn)流量波動(dòng)范圍減少，初步判定為變頻器運(yùn)行時(shí)的異常信號(hào)對(duì)流量計(jì)回路信號(hào)結(jié)路的干擾影響了流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量。

分析認(rèn)為，無(wú)塔供水循環(huán)電機(jī)功率較大且運(yùn)行啟動(dòng)變化頻繁，特別是白天用水高峰，且供水閥變化較大，變頻器控制運(yùn)行次數(shù)頻繁，變閥器信號(hào)線路與流量計(jì)二次信號(hào)結(jié)路相距較近、平行走向?qū)α髁坑?jì)產(chǎn)生較大影響。鑒于此情況，實(shí)施對(duì)變頻器附近采取措施抑制干擾。對(duì)可能影響流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的變頻上加裝線路噪聲濾波器和無(wú)線電噪聲濾波器（如圖 3 所示），抑制于擾，在變頻器上加裝無(wú)線電噪聲濾波器后可以減少變頻器產(chǎn)生電磁噪聲中的無(wú)線電頻率干擾；在變頻器輸出側(cè)加裝線路噪聲濾波器，可以降低頻器輸出側(cè)的線路噪聲。經(jīng)對(duì)變頻器加裝噪聲濾器后，流量計(jì)恢復(fù)正常計(jì)量。

2 電磁流量計(jì)安裝過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是導(dǎo)電體在一個(gè)磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)將在導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)出一個(gè)電壓 U，電壓與導(dǎo)電液體現(xiàn)場(chǎng)流速 V 成正比，即：U=K·B·V·D。（其中 K 為儀表常數(shù)，B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，V 為液體流速，D 為電極間距）。

此類(lèi)儀表在安裝過(guò)程中，必須保持流量計(jì)上下游為直管且上游保持管徑 10 倍以上的距離，下游保持在管徑 5 倍以上的直段距離，同時(shí)，對(duì)插入式電磁流量計(jì)注意焊接深度，否則，將會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的流量測(cè)量結(jié)果。

例 1：某水廠安裝了兩臺(tái) DN400mm 的出水流量計(jì)，啟用后基本正常，6 個(gè)月后一臺(tái)流量計(jì)流量明顯誤差，故障現(xiàn)象為流量明顯偏低，且不規(guī)則出現(xiàn)流量消失的現(xiàn)象。對(duì)流量計(jì)及電氣接線檢測(cè)均正常，采取代換法將兩臺(tái)流量計(jì)對(duì)換，故障依然存在，由此判定流量計(jì)本身無(wú)故障，可能是環(huán)境干擾或安裝中存在問(wèn)題。于是，在不加激磁電流的情況下，測(cè)量電極間電勢(shì)，其值小于 0.05V，故排除電磁干擾的因素，經(jīng)對(duì)流量計(jì)安裝位置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)在兩臺(tái)流量計(jì)的上游均有一個(gè)碟閥開(kāi)關(guān)，且在運(yùn)行初期兩臺(tái)流量計(jì)均正常，目前，另一臺(tái)依然正常，碟閥的影響應(yīng)不可能，但經(jīng)對(duì)上游碟閥檢查發(fā)現(xiàn)，由于碟閥經(jīng)常開(kāi)閉，內(nèi)部閘板在完全開(kāi)啟時(shí)，不到位，產(chǎn)生的擾流影響了流量計(jì)的正常計(jì)量，經(jīng)更換故障排除。

例 2：某測(cè)試水井出水量，某水井安裝一臺(tái) DN200mm 的電磁流量計(jì)在 3 小時(shí)內(nèi)，儀表輸出出現(xiàn)波動(dòng)的不正常現(xiàn)象，經(jīng)對(duì)水井現(xiàn)場(chǎng)觀察安裝電氣連接均無(wú)異常。周?chē)矡o(wú)大功率干擾源，初步判定可能是管道上雜散電流干擾，于是，在不加激勵(lì)電流時(shí)測(cè)得兩極電極間電勢(shì)峰值為 0.8V 左右，采取以下措施對(duì)流量傳感器與管道其他連接管道間電氣絕緣，對(duì)流量計(jì)信號(hào)線路接地屏蔽后，流量計(jì)運(yùn)行正常。具體措施如下：

（1）接地措施：設(shè)置良好的安全接地和合理的工作接地來(lái)抑制雜散電流干擾。

（2）隔離措施：采用有效的電路連接方式使各電路相互獨(dú)立不成回路，切斷電路間的串?dāng)_通道。采用電耦合器隔離電路和采用繼電器隔離電路。

（3）屏蔽措施：采用靜電屏蔽可以防止靜電干擾，采用電磁屏蔽防止高頻干擾，采用磁屏蔽可防止低頻磁通干擾。在實(shí)際工作中，根據(jù)電子電路干擾的情況可選擇使用以上屏蔽方式來(lái)改善電子線路的噪聲環(huán)境，確保各類(lèi)電子信號(hào)線路正常工作。

3 超聲波流量計(jì)安裝應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

超聲波流量計(jì)測(cè)量原理是通過(guò)測(cè)量流速來(lái)確定流量，上游探頭 A 將超聲波傳遞到下游探頭 B，下游探頭 B 將超聲波傳遞到上游探頭 A，超聲波在兩探頭之間傳播的時(shí)差可以測(cè)量出來(lái)液體的流速。如圖 6 所示。超聲波流量計(jì)經(jīng)常用于測(cè)量含有固體懸浮物的液體。在液體中含有顆粒時(shí)，流量計(jì)測(cè)量的是顆粒的速度。因?yàn)槌暡ǖ姆瓷湮锸枪腆w，當(dāng)流體流速慢時(shí)，固體顆粒漂浮在管道上面或沉積在管道底部都有可能產(chǎn)生錯(cuò)誤計(jì)量。因此，在應(yīng)用中，考慮采用具有自身補(bǔ)償功能的超聲波流量計(jì)，在安裝超聲波流量計(jì)探頭之前，必須在管道上打磨出一片比傳感器大的光滑面積，去除鐵銹和垢物，管道必須出現(xiàn)金屬的光亮。

安裝超聲波流量計(jì)應(yīng)避免安裝在劇烈震動(dòng)的管道上，使用水平管道時(shí)，一般應(yīng)安裝在管道的側(cè)面，避免安裝在頂部、下部（可能產(chǎn)生干擾信號(hào)），安裝點(diǎn)要遠(yuǎn)離節(jié)流閥、噴口式在漸離細(xì)管道上。另外，管道中普遍存在氣泡，如果氣體聚集處占據(jù)一定的有效載面積，則流量計(jì)將產(chǎn)生計(jì)量誤差，同時(shí)，也會(huì)使超聲波發(fā)生散射影響流量計(jì)的正常工作。因此，可采取在管道上游焊接排氣閥將會(huì)減少氣體對(duì)流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的影響。

其次，超聲波流量計(jì)易受外界噪聲的干擾，一般需要對(duì)儀表及儀表柜加裝接地裝置。在使用超聲波流量計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮管道結(jié)垢對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的影響。對(duì)結(jié)垢較厚或不標(biāo)準(zhǔn)管徑的管道使用超聲波流量計(jì)計(jì)算流量時(shí)，如果仍按標(biāo)準(zhǔn)管徑輸入儀表就會(huì)產(chǎn)生計(jì)量上較大的誤差，特別是對(duì)某些使用時(shí)間較長(zhǎng)的管道，管徑難以測(cè)量，使超聲波信號(hào)難以通過(guò)。對(duì)于此種使用時(shí)間較長(zhǎng)的管道，一般采取將加裝超聲波流量計(jì)的管道更換為符合超聲波流量計(jì)安裝條的直段標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼管，即可確保超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛，流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要位置。隨著設(shè)計(jì)水平和生產(chǎn)工藝的不斷提高，流量計(jì)的技術(shù)性能不斷得到改善。現(xiàn)階段，市面上應(yīng)用范圍較廣的流量計(jì)有渦輪流量傳感器、電磁流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)。流量計(jì)安裝位置的選擇是影響計(jì)量精度的直接因素，周?chē)姶艌?chǎng)的干擾也是影響計(jì)量精度的重要因素。上海上自儀公司正確的安裝位置以及避免磁場(chǎng)干擾可以有效提高計(jì)量精度，從而提高生產(chǎn)效率。