電磁流量計的精確度原理及精度的定位法則
隨著中國的工業(yè)的日益發(fā)展,對于工業(yè)生產(chǎn)過程中的監(jiān)測與控制的設備要求也不斷提高,目前在國內(nèi)的流量測量領域,智能電磁流量計的占有率不斷增加,因為電磁流量計的***度比其他的傳統(tǒng)型的流量計更精準,適用范圍廣,所以電磁流量計應用領域非常廣泛。大口徑儀表較多應用于給排水工程,比如許多大型的化工企業(yè)和自來水廠的供水系統(tǒng)。中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所,如測量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學工業(yè)的強腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風口冷卻水控制和監(jiān)漏,長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等求的場所。
市場上通用型智能電磁流量計的性能有較大差別,有些精度高、功能多,有些精度低、功能簡單。精度低的儀表則為(士1.5%一士2.5%)FS,功能度高的儀表基本誤差為(土0.5%一士1%)R,價格相差接近1一2倍。因此測量精度要求不很高的場所(例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的,只要求高可靠性和優(yōu)良重復性的場體就切割磁力線。
如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極(圖3—17)則可以證明,只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布,兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動勢:e=BD(3-36)式中,為管道截面上的平均流速.由此可得管道的體積流量為:qv=πDUˉ=(3-37)由上式可見,體積流量qv與感應電動勢e和測量管內(nèi)徑D成線性關系,與磁場的磁感應強度B成反比,與其它物理參數(shù)無關.這就是電磁流量計的測量原理.需要說明的是,要使式(3—37)
嚴格成立,必須使測量條件滿足下列假定:
①磁場是均勻分布的恒定磁場;
②被測流體的流速軸對稱分布;
③被測液體是非磁性的;
④被測液體的電導率均勻且各向同性。
電磁流量計的***度原理簡圖1-磁極;2-電極;3-管道(二)勵磁方式勵磁方式即產(chǎn)生磁場的方式.由前述可知,為使式(3—37)嚴格成立,***個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場.為此,就需要選擇一種合適的勵磁方式。目前,一般有三種勵磁方式,即直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁.現(xiàn)分別予以介紹.
1.交流勵磁目前,工業(yè)上使用的智能電磁流量計,大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式,即它的磁場是由正弦交變電流產(chǎn)生的,所以產(chǎn)生的磁場也是一個交變磁場.交變磁場變送器的主要優(yōu)點是消除了電極表面的極化于擾.另外,由于磁場是交變的,所以輸出信號也是交變信號,放行比較,根據(jù)流量的增減來判斷井下管柱密封情況。若注水管柱有泄漏,超聲波流量計則流量的測量結(jié)果會出現(xiàn)上部高、下部低的情況;若底部凡爾球的密封不好,則在撞擊筒會出現(xiàn)流量不為零的情況。1999年5月5日,在下T5-XXX井用SDFZ型浮子流量計測試時發(fā)現(xiàn)全井流量與地面計量結(jié)果相差15m3/d,有關人員懷疑井下注水管柱漏失。由于用浮子流量計無法驗證,下入電磁流量計測量,測量結(jié)果如圖3所示。圖3上10時40分到11時07分間的幾個流量臺階(從左到右)分別是在井下1000m、500m、100m測得的,除了500m處是全井流量值,其它與地面計量結(jié)果基本一致,說明井下管柱基本不漏。
2.直流勵磁直流勵磁方式用直流電產(chǎn)生磁場或采用***磁鐵,它能產(chǎn)生一個恒定的均勻磁場.這種直流勵磁變送器的***大優(yōu)點是受交流電磁場干擾影響很小,因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響.但是,使用直流磁場易使通過測量管道的電解質(zhì)液體被極化,即電解質(zhì)在電場中被電解,產(chǎn)生正負離子.在電場力的作用下,負離子跑向正極,正離子跑向負極.如圖3—18所示.這樣,將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍,嚴重影響電磁流量計的正常工作.所以,直流勵磁一般只用于測量非電解質(zhì)液體,如液態(tài)金屬等.圖3-18直流勵磁方式
電磁流量計的***度應用中主要存在以下幾點不足:精密壓力表
(1)管徑變化對測量結(jié)果的影響。通常應用的智能電磁流量計是中心流速式的,儀器的標定是在特制的管道中完成的,如果測量環(huán)境與標定環(huán)境不同,就會出現(xiàn)測量誤差。以內(nèi)流式儀器為例,若它在內(nèi)徑為Ф62mm光油管中標定,在內(nèi)徑為Ф59mm的涂料油管中測量時就會引入***大15.28%的誤差。這是系統(tǒng)誤差,因此在儀器測量過程中要搞清楚被測管道的內(nèi)徑,解釋資料時要扣除因管徑變化引起的測量誤差。大量實際測量數(shù)據(jù)表明,由管徑變化引起的誤差都在10%以內(nèi)?!?/span>
(2)儀器井下***定位問題。由于儀器本身沒有深度定位裝置,儀器下入深度的計量是靠絞車上的深度計數(shù)器來完成。深度計數(shù)器計量結(jié)果的精度不但與計數(shù)器本身有關,而且還與工作環(huán)境有關。如果深度誤差太大,測量結(jié)果就失去意義。因此,深度校正是現(xiàn)場測試的一個關鍵問題?! ?/span>
(3)不能連續(xù)測量。流量計如果能連續(xù)測量管柱內(nèi)的流動剖面,就能直觀地反映出整個井筒內(nèi)的吸水情況,這樣有利于測井資料的解釋。由于結(jié)構(gòu)設計上的缺陷電磁流量計目前還不能*實現(xiàn)連續(xù)測量?! ⊥ㄟ^對井下存儲式電磁流量計在河南油田的應用情況分析,發(fā)現(xiàn)該技術(shù)*適應河南油田注水開發(fā)的分層測試要求,具有測試成功率高、資料準確、使用方便等特點,資料應用效果好。這種技術(shù)是取代浮子流量計進行分層測試的理想技術(shù)。
(4)儀器的標定問題。儀器是用清水標定的,若注入介質(zhì)改為污水或其它非清水介質(zhì)時會對測量結(jié)果產(chǎn)生什么樣的影響,也是應用中要考慮的一個問題。在實際應用中,常常需要在現(xiàn)場對儀器進行標定,且要保證標定結(jié)果的準確性。