咨询服务热线
0517-86996066
18915186518

热点资讯

咨询热线:

0517-86996066

邮件:

电话:

地址: 江苏华云仪表有限公司

分子磁化率性质的电磁流量计误差分析


文章日期:2017-09-06|阅读数:


 摘  要:采用电磁学和结构化学原理剖析了用于石油 “三采”聚合物液流的电磁流量计计量误差原因, 从分子磁化性质的角度解释了由于不同溶液的磁化率性质不同所造成的电磁流量计计量误差的现象。结合公式和实验说明了不同溶液在电磁流量计励磁磁场的作用下发生磁化而导致电磁流量计原励磁磁场强度发生变化的误差机理。通过论证和实验证明, 不同磁化率性质的溶液在通过励磁磁场时将会不同程度的改变原磁场强度, 因此不同溶液在同一电流量计磁场的作用下其感应电动势的响应值是不同的。

分子磁化率性质的电磁流量计误差分析
        在石油三采技术中聚合物溶液注入量的计量直接影响到采收率和成本 ,为了不破坏聚合物的分子结构 ,目前选用电磁流量计计量聚合物溶液流量。但是在应用中电磁流量计出现较大的计量误差现象。本文结合电磁流量计的原理 ,从结构化学的角度分析了产生误差的原因 ,并将初探解决的方法。电磁流量计 (EMF)是一种计量导电液流流量的计量仪表 。由于它具有一些优良的特性, 因此成为应用***为广泛 、发展***为迅速的流量计种类 。但是电磁流量计的计量误差是其致命的弱点 ,总结现有的文献和资料显示 ,电磁流量计的误差原因分为2类 :一类是由于安装使用不当造成的;另一类是电磁流量计自身结构造成的 。本文提出了第 3类电磁流量计的误差原因 :即被测溶液的分子磁化率性质产生的电磁流量计计量误差 。根据法拉第电磁感应定律,当导体在磁场中运动切割磁力线时,在导体的两端即产生感生电势 e。电流方向由右手定则确定,电动势 e的大小与磁场磁感应强度 B、导体在磁场内的长度 L以及导体的运动速度 u成正比,如果 B、 L、u三者互相垂直,则:
20170906100907.jpg
        与此相同 ,在磁感应强度为 B的均质磁场中,垂直于磁场方向设置内径为 D的高磁阻管道, 当导电液流在管道中以流速 u流动时 ,导电液流切割磁力线 。如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明 ,只要管道内流速轴对称分布, 两电极之间将产生感生电动势 :
20170906100912.jpg
        其中:u为管道截面上的平均流速 。由此得到管道的体积流量为:
20170906100916.jpg
  上式说明, 体积流量 qv与感应电动势 e和测量管道内径 D成函数关系,与磁场的磁感应强度 B成反比。
 
        满足公式(3)的条件是 B为常数量,如果磁场 B发生了变化则感应电动势的数值也将发生变化。“磁属性是一切物质的必有属性 ”(法拉第 )。物质的磁性与原子、分子所组成的微观结构有着密切的关系。磁化率是物质属性中表示物质磁化能力的物理量,它通过居里定律将物质的宏观性质 χM摩尔磁化率与微观性质 μm 分子磁矩联系起来。结构化学中阐述 :“分子在磁场中如同电介质在电场中发生极化一样 ,将发生磁化现象 ”。将这种被外磁场作用的物质称为磁介质 。磁介质在外磁场的作用下发生磁化 、所产生的附加磁场强度H″与外磁场强度 H' 是成正比的 。
20170906100926.jpg
        其中:κ称为磁介质的体积磁化率.磁介质在外磁场的作用下发生了磁化现象 , 磁化后的磁场 B等于外磁场强度 H' 与磁介质发生磁化时自己所产生的附加磁场强度 H″叠加的算术合。
20170906101101.jpg
所以 B=H'+κH'=H' (1 +κ)=μH' (5)
 
        μ表示磁介质的磁导率.
        上式说明磁场感应强度是体积流量的函数;而磁场强度 B是随着液相物质的磁化率和磁导率的性质不同而变化的.
 
        在结构化学中磁化率是用摩尔分子磁化率 xm表示的,即 :
0170906101208.jpg
        其中:Vm 表示磁介质的摩尔体积, ρ表示密度, κ表示单位磁场强度下的体积磁化率, M表示磁介质的摩尔质量 。
        上式说明单位体积磁化率 κ是不同物质分子的特有属性 ,液相物质的密度 ρ、相对分子质量 M、摩尔磁化率 xm 、摩尔体积 V m 都与体积磁化率 κ有着密切的联系。
 
        由此说明电磁流量计的感应电动势 e是随着被测液流物质的分子磁化率性质而变化的,这就是聚合物溶液分子磁化率性质产生的电磁流量计计量误差的原因。
 
        经过实验确认:在相同的环境条件下 DN20型的电磁流量计量水、分子质量 300万聚丙烯酰胺溶液、分子质量 800万聚丙烯酰胺溶液, 电磁流量计显示数值一致的 1 h计量情况如表 2
不同溶剂、不同质量浓度的溶液磁化率检测实验结果
不同分子质量的聚丙烯酰氨溶液在相同的质量浓度和 1000L时用电磁流量计计量的误差
1  实验及结果
        实验条件和实验系统装置示意图如图 1。
        水质条件:水温 18 ℃、电导值 80 μ/cm、TOC0。20 mg/L。
        系统管径:ND20mm。
实验系统装置示意图
 

关于电磁流量计,大家应该都不陌生,但是看起来挺简单的东西,一个头一个圈,其实里面有很多的奥秘所在,也经常会出现问题,一旦出现问题,其实还挺麻烦的,对吧!今天我们就结合现场实例来分析分析遇到问题时该如何处理。

Q&A.1 待测液体中含有气泡

这算是一种常见现象,有外界吸入的也有内部液体溶解所致,但电磁流量计是区分不出液体还是气泡的,所以将其一并计算测量就会产生误差。

解决方法

1.如上图所示,不易安装在管道的***高点,更换安装位置。

2.如安装位置不易更换,可在流量计上游安装集气器,定期排气。

Q&A.2 待测液体非满管

可以说,非满管是含有气泡的一种极端情况,既是管内液体未满,顶部又含有大量气泡,如果液体还没没过电极,那测量结果就会大打折扣。这当属工程设计之误。

解决方法

上图主要为正确安装电磁流量计的安装图,牢记它准没错。

Q&A.3 导电沉积层短路效应

某柴油机厂工具车间电解切削工艺试验装置上,用DN80mm仪表测量和控制饱和食盐电解液流量以获取***佳切削效率。起初该仪表运行正常,间断使用2个月后,感到流量显示值越来越小,直到流量信号接近为零。由于导电物质是逐渐沉积,流量信号出现短路现象。本类故障通常不会出现在调试期,而要运行一段时期后才显露出来。

解决方法

将流量计拆卸下来,清洗绝缘层,大部分都是出现黄锈,而这是电解液中大量氧化铁沉积所致。

凡是开始运行正常,随着时间推移,流量显示越来越小,就应分析有此类故障的可能性。

Q&A.4 遇到结晶液体 选型需谨慎

湖南某冶炼厂安装一批电磁流量计测量溶液流量,因电磁流量传感器的测量管难以实施伴热保温,数星期后内壁和电极上就结了一层结晶物,导致信号源内阻变得很大,仪表示值失常。在选型时,大家经常会遇到介质是容易结晶的物料。虽然大部分物料在正常温度下能够正常测量,并且导管具有伴热保温效果。但是流量计内部的传感器测量管不含此功能,所以经常性的流体流过测量管时因降温而引起内壁结上一层固体。

解决方法

1.尽量选择测量管小的流量计;

2.拆卸比较复杂,不建议选择此种流量计。

Q&A.5 液体电导率超过测量允许范围

上海某化工(冶炼)厂用20余台哈氏合金B电极电磁流量计测量浓度较高的盐酸溶液,出现输出信号不稳的晃动现象。现场检查确认仪表正常,也排除了会产生输出晃动的其他干扰原因。但是在多处其他用户用哈氏合金B电极仪表测量盐酸时运行良好。由于电极的输出阻抗是由被测液体电导率和电极大小决定的,所以当电导率低于下限值时,仪器不能正常工作,示值出现晃动现象。

解决方法

根据上述问题,工厂更换钽电极电磁流量计后工作正常。

1. 选用其它满足要求的低电导率电磁流量计,如电容式电磁流量计;

2. 选用其它原理流量计,如孔板等。

Q&A.6 空间电磁波干扰

一般来说,如果传感器与转换器间的电缆较长且周围有强电磁干扰,则电缆可能引入干扰信号,形成共模干扰,造成显示失真、非线性或大幅晃动。

解决方法

1.尽量远离强磁场(如大电机、大变压器和电力电缆附近)

2.尽量缩短电缆长度,采用屏蔽措施

Q&A.7 待测液体非对称流动

正常情况下,要求流体在管道内流速为轴对称分布,磁场均匀。而实际上常会出现非轴对称流速分布,当出现旋涡流时,对输出会产生影响从而产生误差。

解决方法

1.上游有足够的直管段,以保证流速按同心圆分布

2.流量计内径应与上下游一定范围内的管道内径相同,否则会使流速分布不均匀

3.如果上游直管段不足,可安装流量调节器,这样只能作部分补偿。

Q&A.8 安装点振动问题

电磁流量计对于安装点的振动有严格的要求,必须安装在振动小的地方,否则一定会产生误差。



 
2、结语:
        不同结构、不同分子质量的物质磁化性质是不同的, 这将造成同种溶质同种溶剂不同质量浓度的溶液磁化性质不同;同种溶剂不同溶质的溶液磁化性质不同;同种溶质不同溶剂的溶液磁化性质不同 .这说明电磁流量计所计量的不同液流溶液其分子磁化率性质是不同的,不同磁化率性质的溶液在通过电磁流量计励磁磁场时将会不同程度的改变原磁场强度 ,因此不同溶液、相同容积在同一电磁流量计励磁磁场的作用下其感应电动势是不同的,所以电磁流量计在计量不同溶液和聚合物溶液时、由于溶液磁化率性质不同就会产生计量误差, 这就是被测溶液分子磁化率性质产生的电磁流量计计量误差机理 .


随机推荐