基于不同條件下電磁流量計的誤差分析

李兆騏

佛山市質量計量監督檢測中心 廣東佛山 528000

在工業領域，電磁流量計被廣泛應用，體現出測量精度高，使用可靠性高等多種優勢。但是由于使用條件存在干擾，電磁流量計的計量會存在誤差，對準確計算造成影響，因此有必要采取有效措施將誤差控制在合理范圍內，以保證計量結果的真實性，有效性。

1 電磁流量計的工作原理及特點

1.1 工作原理

電磁流量計多用于測量流體，是通過電磁感應來對流體的流量加以測量。電磁流量計可以對蒸汽、水、沙漿等不同介質加以測量。在實際的應用中，電磁流量計感應電勢的獲得是通過導體切割磁線來實現的。在流體流過管道時，管道兩端存在電勢差，電勢差與流度有關。通過對電勢差的計算，可以測量出流體的流速[1]。

1.2 特點

電磁流量計體現出廣泛的適用性。電磁流量計測量流體的流速可以不受溫度、粘度的干擾。測量不會影響管內介質的流動，對直管段沒有特別的要求。測量不與流體直接接觸，可以測量多種不同流體的流速。

電磁流量計的測量精度較高。在實際的測量中，可依據使用條件設定參數，借助編程可以實現個性化。借助電磁流量計還可以檢測出電勢差，精細到毫伏級別，保證了流量測量的精確性。

電磁流量計實施安裝后，要有襯里保護，降低腐蝕性物質造成的損壞。電磁流量計具有自我診斷功能，沒有其它的壓力損失，所以其使用壽命較長[2]。

電磁流量計在使用中反應靈敏，可將電信號經轉換后輸出，變為標準信號，方便了對流速的控制，還實現遠距離的傳輸；應用環境較為惡劣工況，降低了流量統計的成本消耗，可以保證及時的反饋。

2 電磁流量計的誤差分析

2.1 選型及安裝不當

選型不當是導致電磁流量計有誤差的主要原因。電磁流量計的選型要考慮到測量范圍，要保證實際流速的合理匹配，還要考慮到與管道內徑的匹配問題，否則導致測量出的數據難以保證精確。在電磁流量計的安裝中，為了防止電極接觸到腐蝕性液體，會對襯里加以保護。如果安裝中沒有考慮到對電極的保護，在使用中會發生磨損、產生變形、腐蝕以及結垢等問題，內部襯里發生變形，產生誤差。

電磁流量計可以有多種勵磁方式，應用不同勵磁方式要考慮到使用條件。在一些工況條件下會有干擾電流，會存在零點波動。不同的信號輸出方式會造成的誤差，如脈沖輸出、電流輸出、頻率輸出。在選型要結合具體的流體來確定，要考慮到如何有利于電壓和頻率保持穩定，以利于磁場的恒定，有利于控制測量的誤差。如果勵磁方式不合理，磁場會變得紊亂，測量數據會存在偏差。在工業生產中，測量流體主要為固液混合體，流體測量的條件較為復雜。安裝流量計可以選擇固液分離段，以降低測量誤差。

2.2 待測液體存在的影響

電磁流量計是確定流體的實際流量，但是在工業生產中流體的情況較為復雜，待測液體對于測量的產生誤差：①待測液體存在較大或較低的電導率，會引發誤差。電導率如果過大，數據測量有大的波動，導致系統難以實現穩定的控制系統，進而影響到工業的穩定性。電導率如果較低，電極輸出會受到影響，電磁流量計難以獲取得到準確的數據，測量精度受到影響。因此安裝電磁流量計要考慮到待測液體，還要安裝直管段，以精確測量流體的流速。直管段的長度如表1 所示。②流體內含有氣泡。氣泡會影響流量計的測量精度。氣體會溶解于液體中，在流動中氣泡會游離出來，不同流體的性質不同，氣泡密度也有差異，測量精度會受到影響。氣泡過大還會導致顯示發生波動，數據失真。電磁流量計上游可增加集氣裝置，將電磁流量計在安裝在泵下游，以降低氣泡的影響。③被測液體電導率的變化。被測液體輸中電導率會有變化，測量精度會受到影響。電導率影響到流量計兩端原有的電勢差，在流動中電導率發生波動，數值的測量就會有偏差。④沉淀物存在的影響。工業生產中的流體不是純凈的液體，會含有多種雜質，在流動中會發生沉淀，流量計的電極會受到污染，測量精度受到影響。因此要在有效的范圍內要保證液體的流速，降低雜質的聚集量。此外還可對流量計的電極加以保護以提高精度[3]。

表1 直管段長度要求

2.3 外部干擾問題

外部存在的干擾也會對流量計的測量精度產生影響：①存在較長的線纜。在電磁條件下，傳感器、轉換器存在較長的線纜，會產生干擾，干擾會對測量產生影響。數據會有非線性變化。針對此類問題，可借助屏蔽降低干擾的作用，并且合理控制電纜的長度，將磁場干擾控制在最低。②流量計如果有過大的接地電阻，輸出信號會很小。流體電子會引發一定的電勢差，雖然只有幾毫伏，抗干擾能力不足。為了消除這方面的影響，要將流量計的零電位接地，流量計內壁要增加絕緣物質，要減少干擾的影響，以保證流量計獨立性。③流量計內的勵磁圈。電磁流量計需要保證較高的精度，特別是勵磁圈需要保證對稱度，如果勵磁圈的對稱度不能保證，測量中的電勢會有偏差，測量結果受到影響。為了確保流量計的測量準確性，使用前要加以檢測。此外，在易發生震動的部位可安裝防震裝置，以提升電磁流量計的穩定性。

流量計流量信號是由傳感器提供。作為電壓信號，在測量中，會受到多種因素的影響，包括電磁感應、靜電感應、電化學電勢等，這些因素是收以下原因造成的：①流量計使用環境中如果存在許多工頻信號，在激磁回路會發生耦合，電極的工頻也會存在干擾，影響到測量的準確性。②干擾會來自于低頻矩形波產生的激磁作用。激磁電流突變后會有微分干擾信號產生。③電磁流量計存在變壓器效應，在相位上與流量檢測信號發生作用，正交干擾信號形成。④電磁屏的缺陷，如接地、屏蔽不良、電容雜散等，返回電流會不穩定，共模干擾產生，電路電位會發生一定的變化，致使流量計出現零點漂移問題。⑤電路的設計如果沒有充分考慮兼容性，會造成串模干擾，信號質量下降，特別是對于模擬電路，會造成嚴重的影響。⑥由于感應電場的影響，改變了被測流體中的電解質，表面發生極化現象，電化學作用引發電動勢干擾，發生電磁流量計零點漂移。

針對上述干擾問題采取的措施包括：實施抗正交干擾。這種方法是針對相位與流量信號之間存在的干擾。由于流量計的變送器在勵磁運行時，會形成交變磁場。電路處于磁場中，難以與變送器的交變磁場保持平行，導致部分交變磁力線會經過閉合線路，這樣會在回路中形成干擾電動勢。為了抑制正交干擾的不利影響，對變送器和信號轉換器可以采取如下措施：①通過變送器上進行抗干擾。設計時要使電流回路平面平行于磁力線，以防止磁力線穿過；通過干擾調整機構降低干擾信號的影響。還可將調零電位器設置在變送器上，借助電位器使回路中產生的電勢互相抵消，以實現消除正交干擾信號。②通過信號轉換器實施抗干擾。在轉換器另外加裝抗干擾機構，在輸出端進行補償，抑制正交干擾，以消除正交干擾信號。借助軟件也可以實現抗干擾。電磁流量計針對固化軟件的設計要考慮到與硬件的配合，以確保流量計發揮正常的功能。軟件要具有容錯能力與抗干擾能力，構建起功能完善的裝置。③數字濾波技術的應用。此技術廣泛應用于智能儀器中，與傳統的模擬濾波器相比具備有更多的功能，如可以消除脈沖干擾、具有抗工頻能力、可以消除毛刺干擾、保障信號的可靠性等。④程控放大器。此技術可以解決流量計量的轉換問題，借助增益削弱微分干擾，以防止放大器發生過載，保證抗微分干擾能力。⑤接地抗干擾。變送器信號較小時流量計的抗干擾能力不足，要單獨接地處理變動器輸入的零電位，以保證屏蔽效果，可以降低激磁系統對電磁場的干擾。

3 結語

工業領域中，電磁流量計發揮著重要的功能。但是電磁流量計的使用環境較為特殊，易對測量精度產生影響，產生誤差。針對誤差的存在，要分析發生的原因，采取有效的預防措施，以保證測量的精度。