基于分子磁化率性質(zhì)的電磁流量計誤差分析

摘要磁性是每個物質(zhì)的本質(zhì)屬性，而磁化率是表征物質(zhì)磁化能力的物理量。本文結(jié)合公式和實驗說明了由于被測溶液的分子磁化率性質(zhì)的不同產(chǎn)生的電磁流量計計量誤差。

關(guān)鍵詞 分子磁化率 電磁流量計 誤差

中圖分類號：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Electromagnetic Flowmeter Error Analysis Base on

Properties of Molecule Magnetic Susceptibility

LI Fang

(Shangqiu Vocational School， Shangqiu， He'nan 476000)

AbstractMagnetic property is the essence of each attribute， magnetic susceptibility is a physical quantity that shows the ability of material magnetization. Combining with the formula and the experiment， this paper explain electromagnetic flowmeter measurement error that caused by the different molecule susceptibility properties of the be test solution.

Key wordsmolecular magnetc susceptibility; electromagnetic flowmeter; error

隨著電化學(xué)的不斷發(fā)展，流量測量以被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防建設(shè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域，人們也研究開發(fā)出了速度式流量計、動量式流量計、電磁流量計等幾十種流量計。而電磁流量計由于具有安裝和使用較方便、結(jié)構(gòu)和操作簡單、測量精度高，再加上可測量腐蝕性介質(zhì)、贓污介質(zhì)及懸濁性液固兩相流的流量、測量結(jié)果不受外在物理參數(shù)影響以及報警功能和故障自診斷等特點越來越受到人們的廣泛使用。①

1 電磁流量計簡介

徑D已確定并維持磁感

圖1電磁流量計工作原理圖

電磁流量計由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成，流量傳感器能夠把流過管道內(nèi)的導(dǎo)電液體的體積流量轉(zhuǎn)換為線性電信號。變送器是由勵磁電路、信號濾波放大電路、微處理器電路、D/A電路等組成。其轉(zhuǎn)換原理即法拉第電磁感應(yīng)定律，也就是當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運動而切割磁力線時，在導(dǎo)體兩端便會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。設(shè)在電磁流量計中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道，②管道由不導(dǎo)磁材料制成，測量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)以速度v流過時，則會產(chǎn)生感應(yīng)電壓E=B v D。管道內(nèi)部的兩個電極測量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。由此可得管道的體積流量為：Q=D*D/4y，綜合得：E=4BQ/d=KQ(K為儀表常數(shù)，在管道直應(yīng)強度B恒定時，K是一個常數(shù)，此時感應(yīng)電動勢與體積流量具有線性關(guān)系)。具體見圖1。

2 引起電磁流量計測量誤差的原因

2.1 由于安裝使用不當(dāng)造成的

電磁流量計必須安裝在振動小的場所，測量時要求滿管測量、流速分布軸對稱、可靠的接地等，否則就會出現(xiàn)輸出晃動、示值不準(zhǔn)等現(xiàn)象。如果管子不滿有氣泡，就有可能使得測量結(jié)果包含管內(nèi)上半部的氣體體積，就會有測量誤差，當(dāng)液面低于電極水平面，測量回路處于開路狀態(tài)時，測量結(jié)果甚至?xí)?yán)重失真。再比如，如果流體在管道內(nèi)流速出現(xiàn)非軸對稱流速分布時，任一流向可分為兩種流動的組合：一種是沿管道軸線的直線流 ，它對管道橫截面的積分為待測液體的體積流量;另一種是純粹的旋渦流，它對管道橫截面的積分為零，如旋渦流對輸出就會產(chǎn)生誤差。③

2.2 電磁流量計自身結(jié)構(gòu)造成的

盡管電磁流量計本身的精度不斷提高，但實際工程中， 不可避免地工藝管道中的彎管、閥門等都會引起流動畸變、二次流或漩渦，從而破壞原有充分均勻的流速分布狀況，進(jìn)而產(chǎn)生誤差。設(shè)計中應(yīng)盡量使流體經(jīng)過相當(dāng)長的直管段，也可以通過安裝流動調(diào)整器來調(diào)整流體的流動方向，使流體恢復(fù)其軸對稱的流速分布。另外，電磁流量計需在劣勢的現(xiàn)場環(huán)境中使用，對抗干擾性和可靠性具有較高的要求，如果對外界環(huán)境的抗干擾性不高，測試結(jié)果可能就會有誤差，因此在系統(tǒng)開發(fā)和設(shè)計過程中，將提高系統(tǒng)抗干擾性和可靠性作為一項重要的內(nèi)容。

3 提高電磁流量測量準(zhǔn)確性的工程對策

3.1 正確選型

電磁流量計的選型考慮因素很多，一般從傳感器口徑和襯里、點擊材料兩方面考慮。首先，傳感器口徑?jīng)Q定著流體在管道中的流速大小，影響到輸出電勢值。因此，選擇傳感器口徑時應(yīng)根據(jù)實際使用流量而定，不一定與連接的工藝管道口徑相同。再者，電極是電磁流量計拾取流量信號的部件，針對不同介質(zhì)的不同測量條件選用不同的內(nèi)襯、電極材料，比如對腐蝕性有要求的流體就要用耐腐蝕性的內(nèi)襯材料，對磨損性有要求的就要選擇奶磨損的材料。④

3.2 正確安裝

（1）對安裝管路的要求。測量過程中，電極平面處的流速分布已同初校時有一定的差別，傳感器上游管道連接件的配置也會使影響流速分布，操作過程要盡量保證流速以中心軸為對稱分布。另外，如果測量管內(nèi)導(dǎo)電流體電導(dǎo)率不均勻， 也會影響測量結(jié)果，因此，實驗過程中也要盡量保證流體的電導(dǎo)率均勻。

（2）安裝要保證流體充滿測量管。電磁流量計測量的流量是電極平面的平均流速與電極斷面的面積的乘積.只有流體充滿測量管測量才準(zhǔn)確，尤其是兩相混相流體，當(dāng)傳感器水平安裝時，就很容易使得比重大的沉淀到管道下部，比重曉得到了流體上部，從而使流體不均勻，影響測量結(jié)果。

4 基于分子磁化率性質(zhì)產(chǎn)生的電磁流量計計量誤差

不同結(jié)構(gòu)、不同分子質(zhì)量的物質(zhì)磁化性質(zhì)是不同的，這就使得不同溶質(zhì)、溶劑的溶液的磁化性質(zhì)不同，即使是同種溶質(zhì)同種溶劑不同質(zhì)量濃度的溶液磁化性質(zhì)也會不同。不同磁化率性質(zhì)的溶液在通過電磁流量計時改變原磁場強度不同，因此不同溶液在同一電磁流量計磁場的作用下其感應(yīng)電動勢的響應(yīng)值也不會相同，所以電磁流量計在計量不同溶液和聚合物溶液時、由于溶液磁化率性質(zhì)不同就會產(chǎn)生計量誤差。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，當(dāng)磁場磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L、運動速度u三者互相垂直時，e=B l u，e的大小與B、L、u成正比，電流的方向由右手規(guī)則定出。在磁感應(yīng)強度為B的均質(zhì)磁場中，當(dāng)導(dǎo)電液流在管道中以流速u流過垂直于磁場方向設(shè)置內(nèi)徑為D的高磁阻管道時，也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e=B D u。由此得到管道的體積流量為：q€譾=PD2/4u=PD/4e/B[6]。

另外，結(jié)構(gòu)化學(xué)中闡述：分子在磁場中會發(fā)生磁化現(xiàn)象，磁化率是用摩爾分子磁化率x表示的，即：x=JV其中：V表示磁介質(zhì)的摩爾體積，J表示單位磁場強度下的體積磁化率。單位體積磁化J是不同物質(zhì)分子的特有屬性，與液相物質(zhì)的密Q、相對分子質(zhì)量M、摩爾磁化率x、摩爾體積V m無關(guān)。下面給大家列出了通過實驗測出的幾種溶劑的不同質(zhì)量濃度的溶液磁化率結(jié)果，見表1。

表1幾種溶劑的不同質(zhì)量濃度的溶液磁化率結(jié)果

通過表1可知：在相同的環(huán)境條件下DN20型的電磁流量計量水、分子質(zhì)量 400萬聚丙烯酰胺溶液、分子質(zhì)量700萬聚丙烯酰胺溶液，電磁流量計顯示數(shù)值基本是一致的。

結(jié)論：通過實驗說明電磁流量計所計量在測量不同磁化率性質(zhì)的溶液時，溶液在通過電磁流量計勵磁磁場時將會不同程度的改變原磁場強度，進(jìn)而他們在同一電磁流量計勵磁磁場的作用下其感應(yīng)電動勢也不會相同，電磁流量計的感應(yīng)電動勢e是隨著被測液流物質(zhì)的分子磁化率性質(zhì)而變化，這樣就會由于分子磁化率性質(zhì)不通而產(chǎn)生的電磁流量計誤差。

注釋

①孫作達(dá)，姚恒善，歐陽紅.利用物質(zhì)磁化率和磁導(dǎo)率性質(zhì)定性分析不同相對分子質(zhì)量的大分子聚丙烯酰胺[J].分析測試學(xué)報，2007.26(4)459-462.

②朱玉華.體積流量計測量誤差分析及改進(jìn)措施[J].儀器儀表與分析監(jiān)測，2005(3):76-79.

③馬中元，杜海寬，魏慶，趙惠敏，張少軍，張清霞.電磁流量計零點偏移實例的解析[J].中國儀器儀表，2000(3).

④任溢.電磁流量計的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2009(6).

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