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)越來越小，而因安裝位置不正確所引起的故障或因周圍電磁干擾信號(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)生的概率反而越來越高。如何解決在應(yīng)用中遇到的此類問題，是我們今后在排除流量計(jì)故障中的一個(gè)重要問題。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)用過程中應(yīng)注意的問題

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)卡門渦街原理，當(dāng)液體經(jīng)過三角柱形旋渦發(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）在安裝過程中，流量計(jì)上游應(yīng)配置一定長度的直管段。

（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)周圍環(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線電噪聲濾波器（如圖 3 所示），抑制于擾，在變頻器上加裝無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)安裝過程中應(yīng)注意的問題

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）。

此類儀表在安裝過程中，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)本身無故障，可能是環(huán)境干擾或安裝中存在問題。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)常開閉，內(nèi)部閘板在完全開啟時(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?，F(xiàn)象，經(jīng)對(duì)水井現(xiàn)場(chǎng)觀察安裝電氣連接均無異常。周圍也無大功率干擾源，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改善電子線路的噪聲環(huán)境，確保各類電子信號(hào)線路正常工作。

3 超聲波流量計(jì)安裝應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題

超聲波流量計(jì)測(cè)量原理是通過測(cè)量流速來確定流量，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)間較長的管道，管徑難以測(cè)量，使超聲波信號(hào)難以通過。對(duì)于此種使用時(shí)間較長的管道，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

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?，F(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，周圍電磁場(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。