非满管电磁流量计测量方法

　　0　引言

　　电磁流量计属于速度流量计的一种,电磁流量计所测得的体积流量实际上不受流体密度、黏度、温度和压力变化的明显影响,还可应用于腐蚀性流体的测量,因而广泛应用于工业生产。目前市面上大多数的电磁流量计仅能用于满管的流量测量,对于流体未充满管道或者流体在满管与非满管之间的转换过程中,由于管内的流体截面面积不再是测量管的横截面积,用传统的流量计得到的结果不准确,所以非满管流量测量需要测量管内流体平均流速和液位高度这两个参数。目前主要有德国科隆的TDALFLUX[1]、ABB公司的Parti-MagⅡ[2]、日本东芝公司、上海大学[3]的非满管流量测量系统。文中基于电容式传感器的基本原理,利用流量计衬里和管内流体作为介质,同时向两个圆弧形的电极片通入高频激励电压构成电容式传感器,测得液位高度和流体的平均流速,从而得到管道未充满时流体的流量值。

　　1　电磁流量计的基本工作原理

　　电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体体积流量的仪表。当流体通过电磁流量计时将切割磁力线,在电极两端产生感应电动势[4]。其感应电压信号通过两个电极检出,并通过电缆传送至转换器,经过信号处理及相关运算后,将累计流量和瞬时流量显示在转换器的显示屏上。两个测量电极间的感应电势E与被测流体的平均流速v有如下关系:

　　式中:E为感应电动势;K为仪表系数;B为磁感应强度;D为测量管的等效直径;v为测量管内流体的平均流速。

　　当体积流量为Q时,可表示为

　　由式(1)、式(2)可以得出:

　　上式说明,当直径D和磁感应强度B一定时,流量Q和感应电动势E呈线性关系,可以通过感应电势值得出流体流量。

　　2　非满管电磁流量计传感器

　　2. 1　非满管电磁流量计测量原理

　　管道式电磁流量计在工作的过程中,可能会出现管道中流体未充满的情况,或者在流体流动过程中,流体处于满管向非满管的转换状态中,这时传统的管道式流量计中的流体会出现2种流动状态:一种是被测流体过了测量管的中心线,但是未充满管道的情况,此时如果仍按传统流量计的测量原理,则

　　实际值=测量值-上部空气部分

　　由权重函数的理论可知,电极上感应的信号电压是电极断面内所有质点点位的集合,不论流体在管道中横截面如何变化,流体流动的质点都会有感应电势,但是这些电势一定要处于电极的集合范围内,如果电极暴露在空气中,电极不会得到感应的流量信号[5]。当流体未充满管道时,管中流体的实际流量值,而管中流体的截面积为