詳述電磁流量計在實踐中的體會和應用訣竅

   三暢于2017年4月出版《現場儀表秘籍》，書中涉及公司主要現場檢測儀表（差壓變送器、電磁流量計和渦街流量計）實踐中的體會和應用訣竅(know-how)以及實驗數據。出版者認為該書可作為在現場使用遇到困難時翻閱獲得提示的簡明參考書。本文僅摘編電磁流量計部分的應用經驗中幾種影響量等數據圖表，以及筆者對這些內容說明的評論。

    本文原篇名《三暢電磁流量計應用經驗》，載于中國儀器儀表行業協會流量專業委員會內部刊物《會刊》總2期（2018年4月）上，經更改篇名凸顯主題，予以公開發表。
一、零點穩定性
低頻矩形波勵磁儀表的零點穩定性好，交流勵磁儀表則較差，原因有：
   1． 液體中渦電流引起的噪聲；
   2． 信號線，電極與液體形成回路感應的正交（90度）噪聲；
   3． 工頻交流勵磁時還有信號線引入的同相噪聲。
    若磁場、測量管徑、管軸和流體電阻對電極軸完全對稱，即使存在渦電流，電極上也不會出現噪聲，然而實際流程電極易受污染，破壞電極本身的對稱性，出現同軸正交噪聲。
    為氫氧化鋁漿液中工頻交流勵磁和低頻矩形波勵磁兩種電磁流量計在165天的零點偏移實測值。低頻勵磁的零點穩定性明顯優于交流勵磁。
    正交噪聲原理上不直接影響流量信號，但由其引起的鐵損會使信號電壓相移而形成同相噪聲。
    筆者認為雖然這些不利因素在實際交流勵磁電磁流量計設計上，得到不同程度的改善，且交流勵磁方式已不是當前主流，似乎可不必介意，但是國外現在某些制造廠仍將交流勵磁作為測漿液的主導儀表，因此在作分析比較時還是要熟悉這些特點。
二、電極附著層影響
    為驗證電極附著層引起微分噪聲的變化，涂敷酚醛樹酯等于電極一半作模擬試驗。    工頻交流勵磁偏差高達9%，低頻矩形波勵磁則不足0.2%。這一實驗為我們提供電極附著影響一個定量上的概念。
三、流動噪聲
    電磁流量計受流體噪聲影響已為人們所注視。流動噪聲是流體與襯里表面磨擦產生電荷，這些電荷在流體移動時形成噪聲。流動噪聲取決于流體參量中的電導率、介電常數、黏度以及流速，它們之間的關系如下式和圖3、圖4所示。這一組圖使我們知道它們間的關系，也有了一個數值上的概念。
   介電常數
   流動噪聲∝───── ×（流速）
   電導率×黏度
   流動噪聲是酒精、純水等低電導率和低黏度液體特有的噪聲。
四、液體電導率影響
   電磁流量計是利用電導率均勻的液體，在磁場B中內徑為D，管內以流速V流動時，按法拉第電磁感應定律感應電勢E=K?B?D?V（式中K為常數）來工作的。在該基本公式中感應電勢E不受電導率和液體溫度、壓力、密度、粘度的直接影響。但實際上電導率還因以下原因受到影響：
   1. 電導率降低， 流動噪聲增加，輸出信號不穩定。
   2. 感應電勢受連接流量傳感器相鄰金屬管道短路效應影響，電導率增加流量輸出信號下降。近年來流量傳感器趨向小型化，法蘭間長度更短，此效應更為明顯。圖5所示是4種儀表的電導率影響實驗數據，其中 C社DN15儀表電導率在5~20,000μS/cm間變動，示值變化高達2.8%.例如以工業用水校準的C社電磁流量計測量26%食鹽（18℃時電導率21500μS/cm），流量指示變化就有 1.4%，這對于0.5級精度儀表來說是相當大的，如測量稀酸，苛性鈉等液體時（電導率約為105μS/cm），指示變化將更大。
    3. 液體產生的渦電流對磁場的影響。液體電導率過大，液體中渦電流所產生二次磁場作用到主磁場，其影響就不用忽視。液態金屬電導率非常高（如20℃水銀為1×10
4S/cm）,通用的電磁流量計就無法測量，必須用直流磁場型專用電磁流量計。通用電磁流量計可進行測量液體的極限電導率為1×10-6S/cm數量級，若為通常任何濃度離子性電解質電導率（如飽和食鹽水約為2×10-1S/cm）高于此值，不受渦電流對磁場的影響。
五、液體黏度影響
    液體黏度變化的影響實質上是黏度變化引起流速分布廓形變化的影響。流動從紊流（雷諾數Re>8000）轉變到層流（Re<2000）流速分布變化較大，從而引起流量示值得偏移。
    理論上若是軸對稱流動于點電極和均勻磁場模式下，流速分布不影響感應電勢。但實際上即使在前置直管段長度充分的軸對稱流，流動于具有小面積（不是理論上的點）電極和不均勻磁場，軸對稱流的流速分布變化，還會產生示值偏離。圖6所示是3家制 造廠儀表在Re數變動下流量示值偏離的實測例。然而從紊流到層流的流動轉變時的流速很低，遠離流程工業低黏度液體常用流速，例如測DN400水，Re=2000時，流速僅0.004m/s,可不必介意，但是，若小口徑儀表在低流速時誤差偏大，作分析時應考慮這一因素。
六、液體中含有鐵磁鐵體的影響
    液體中含有鐵磁性顆粒使導磁率增加，穿過流體的磁場強度增大，感應電動勢向“正向”偏移。圖7為一實測例，實驗磁鐵粉濃度30%時，指示值偏離16%-19%。