啤酒釀造關(guān)于電磁流量計的應(yīng)用情況
2016-10-13 17:18:25 點擊：
隨著啤酒釀造過程中自動化程度的不斷提高，電磁流量計的應(yīng)用也越來越廣泛。從粉碎用水計量、洗糟用水計量、過濾麥汁計量、冷麥汁計量、清酒計量、到交包裝酒計量等工序中都使用了電磁流量計，為了保證其在應(yīng)用過程中的測量精度，應(yīng)了解、注意以下問題。
1 電磁流量計的構(gòu)成及工作原理
1.1 組成
電磁流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，是一種測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表。
1.2 工作原理
它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在與測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測量管軸線運動時，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此感應(yīng)電勢由兩個檢測電極檢出，數(shù)值大小與流量成比例。傳感器將感應(yīng)電勢作為流量信號，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大、變換濾波及一系列的數(shù)字處理后，用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器輸出4~20mA信號和脈沖信號。
2 電磁流量計的安裝
2.1 電磁流量計傳感器安裝地點和位置
可按照需要選擇水平、傾斜或垂直安裝，但是兩電極的軸線應(yīng)處于水平位置。不管采用何種形式安裝，都要求測量管內(nèi)保證存滿被測介質(zhì)，不能有非滿管或氣泡聚集在測量管中的現(xiàn)象。也不可把流量計安裝在泵的吸入端，防止在管道中形成負(fù)壓而損壞傳感器內(nèi)的村里。
2.2 上游和下游管道
流量計或多或少會受進(jìn)口流動狀況的影響，所以需保證有良好的流動狀況。管道布置會引人流動擾動，最普遍的是流速分布剖面畸變和漩渦。流速剖面畸變通常是由于管路配件局部阻礙（如閥門）或彎頭所造成，漩渦普遍是由兩個或兩個以上空間彎頭所引起。若消除以上影響，需保證在傳感器的上游側(cè)直管段長度不小于5DN，下游側(cè)直管段長度不小于2DN。DN為傳感器的直徑，若現(xiàn)場達(dá)不到這一要求，則要在上游側(cè)安裝流動調(diào)整器。
除考慮緊接流量計前的配件外，還應(yīng)考慮更往上游若于管道配件的組合，因為它們可能是產(chǎn)生最接近配件擾動的擾動源。盡可能拉開各擾動產(chǎn)生件之間的距離以減少影響。
2.3 管徑
測量大管徑、低流速或小管徑、高流速，可選用與管徑尺寸不同的流量計口徑，并用異徑管連接，使流量計運行流速在規(guī)定的范圍內(nèi)。
2.4 管道震動
若管道系統(tǒng)有較強(qiáng)的震動，應(yīng)考慮流量計前后管道上加支撐。如果管道上已經(jīng)安裝有脈動緩沖器（消除泵的影響），但在安裝流量計時，還是考慮盡可能遠(yuǎn)離震動或脈動源為好。
2.5 閥門位置
為了檢查零點，應(yīng)使傳感器充滿介質(zhì)并流速為零，這可以通過關(guān)閉在傳感器上游的截止閥和下游的控制閥來實現(xiàn)�？刂崎y應(yīng)安裝在流量計的下游，避免上游閥所產(chǎn)生的流速分布畸變。
2.6 維護(hù)空間
一般來說，維修人員應(yīng)能進(jìn)人到流量計周圍，易于維修和能有調(diào)換整機(jī)的位置。而且要求與傳感器連接的管道法蘭處有足夠的空間，因為傳感器的法蘭與外殼距離有限，連接螺栓需從管道側(cè)穿人。
2.7 電氣連接和電磁干擾
流量計的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場（如：電動機(jī)、變壓器或其它電源）。信號電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電源，以便將電磁干擾和射頻干擾降至最低水平。傳感器和變送器連接導(dǎo)線不應(yīng)超過50米。
2.8 接地
流量計的工作接地應(yīng)單獨接地，不能用公共接地線接地；接地裝置與傳感器的距離盡可能短；而且接地電阻應(yīng)嚴(yán)格滿足儀表使用說明書的要求。如果傳感器安裝在金屬管道上，且金屬管道內(nèi)壁沒有絕緣層時，則可將接地導(dǎo)線接到兩個管道法蘭上，通過金屬管道與流體保持可靠接地。若干擾太強(qiáng)，如此接地不足以抗衡干擾時，則接地導(dǎo)線應(yīng)從兩個管道法蘭分別沿金屬管道向外延伸至能消除干擾處相連接。此外，傳感器、變送器及二次儀表間的回路接地及屏蔽接地也不容忽視。
3 電磁流量計口徑、流量以及傳感器襯里的選擇
3.1 口徑的選擇
流量計一般介質(zhì)流速以2~6米/秒為宜，最低不應(yīng)小于0.3米/秒，最高不得大于12米/秒。如果流速太低，電磁信號降低，造成計量精度下降。若流體中含有固體顆粒，應(yīng)使流速小于3米/秒。對于粘滯液體，相應(yīng)流速取較高值，這有助于自動消除電極上的污物，也有利于提高測量精度。
流量、流速與口徑三者關(guān)系的計算公式為：
Q＝900JID2V
其中Q：流量（米3/小時），V：流速（米/秒），D：口徑（米）。
根據(jù)公式，可計算出口徑的大小。
3.2 流量的選擇
流量計口徑大小確定后，應(yīng)根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝最大流量，增加15%~30%為滿量程值。在實際應(yīng)用中，流量均不得超過滿量程值，如超過滿量程值，該部分流量誤差較大，而滿量程與最小流量正常精度范圍不得超過20倍
4 電磁流量計的特點
4.1 優(yōu)點
（1）測量管內(nèi)無阻流件，壓力損失為零，不易堵塞。
（2）只要選擇合理的電極及村里材料，即可達(dá)到耐腐蝕，耐磨損的要求。
（3）測量結(jié)果與液體的壓力、溫度、密度、粘度、電導(dǎo)率（不小于最低電導(dǎo)率5μS/cm）等物理參數(shù)基本無關(guān)，不受環(huán)境影響，所以測量精度高、工作穩(wěn)定、可靠。
（4）采用最新模擬信號技術(shù)和高性能超大規(guī)模集成芯片，對信號進(jìn)行隔離、濾波、放大及數(shù)字處理。精確顯示測量結(jié)果。
（5）可用于大口徑管道測量。
（6）對影響測量結(jié)果的參數(shù)進(jìn)行自動監(jiān)控和修正，對全量程采用分段流量系數(shù)的設(shè)置和修正，因而擴(kuò)大了測量范圍，提高了智能化程度和測量精度，大大提高了穩(wěn)定性能。
（7）具有空管保護(hù)，測量值斷電保護(hù)及過量程報警功能，傳感器安裝不受液體流動方向限制，可實現(xiàn)雙向測流。
（8）采用帶背光點陣式雙排流量顯示器，同時顯示瞬時流量、累計流量，并能顯示工作狀態(tài)、參數(shù)、計量單位等。
（9）量程范圍寬，正常適用范圍20：1，一般30：1或更大。
4.2 缺點
（1）電導(dǎo)率必須高于廠家要求的最小電導(dǎo)率，才能正常工作。
（2）流量計必須在介質(zhì)充滿管道的條件下測量。
（3）液體夾帶氣泡時會引起測量誤差。
（4）在某些介質(zhì)中電極會產(chǎn)生污垢，引起所產(chǎn)生的電壓信號出現(xiàn)誤差。
（5）要求安裝在管線上。
（6）價格較高。
（7）當(dāng)流量計安裝在電氣危險區(qū)域時，必須選擇防爆型的。
5 電磁流量計的維護(hù)
（1）應(yīng)定期檢查轉(zhuǎn)換器是否進(jìn)水、受潮及腐蝕。對儀表進(jìn)線端應(yīng)做好防水處理。
（2）定期清洗傳感器電極及測量管，清洗時，切勿損傷電極及襯里。
（3）定期檢查連接電纜的老化及接觸程度是否完好（包括接地線）。
（4）制定嚴(yán)格的管理制度，嚴(yán)禁操作人員隨意更改內(nèi)部參數(shù)。
6 影響電磁流量計準(zhǔn)確工作的因素及采取的措施
（1）傳感器內(nèi)壁出現(xiàn)附著層，附著層主要為流量計長時間工作后形成的垢層與污泥層。附著層除了會微小改變管道內(nèi)的流通截面外，其主要影響是改變了兩電極間的電阻。若附著層的電導(dǎo)率顯著高于流體的電導(dǎo)率，則電極回路將出現(xiàn)短路，將無流量信號輸出。若附著層為絕緣層，則電極回路將出現(xiàn)斷路，使電極間絕緣而送不出流量信號。
采取的措施：
① 針對啤酒釀造過程中大部分流量計沒有安裝清洗管道，所以需定期拆下傳感器清洗電極。如果有條件的話，可安裝沖洗管道，定期沖洗電極。
② 在滿足工藝的條件下，盡量選擇口徑小的儀表以提高其流速，加大沖刷效果而減少沉積。
（2）流量計在正常工作期間，必須保證流體充滿管道，也不允許液體內(nèi)存有氣泡。如果液體不充滿管道，其后果是流體的截面將與管道內(nèi)截面不一致，造成計算體積流量值偏差。如果被測液體中含有均勻分布的微小氣泡，通常不影響流量計的正常工作，但隨著氣泡的增大，儀表輸出信號會出現(xiàn)波動，若氣泡大到足以遮蓋整個電極表面時，隨著氣泡流過電極表面會使電極回路瞬間斷路，而使輸出信號出現(xiàn)更大的波動。
采取的措施：嚴(yán)格按照以上的安裝要求對流量計進(jìn)行安裝。
（3）流量計在正常工作期間，應(yīng)避免形形式式的外界寄生電勢及本身產(chǎn)生的干擾。電磁流量計是按電磁感應(yīng)原理工作的，其工作時的流量信號很小，在滿量程時只有幾個毫伏，而在下限流量時，僅有數(shù)十微伏，因此極易受周圍的諸如電動機(jī)、變壓器及一些其它電氣設(shè)備等產(chǎn)生的電磁感應(yīng)干擾。大致有以下幾種干擾源：
① 周圍運行中的電氣設(shè)備在金屬管道上產(chǎn)生雜散電流（如管道上的電焊操作等），這些電流通過管道以及管道內(nèi)的流體影響電磁流量計。
② 電磁流量計與電機(jī)、電器設(shè)備公共接地或接至上、下水管道上，使電力設(shè)備的漏電流通過公共地線引入電磁流量計。
③ 周圍電磁設(shè)備的電磁場對信號傳輸線及電子線路的干擾。
采取的措施：嚴(yán)格按照安裝要求對流量計進(jìn)行安裝。
7 結(jié)束語
電磁流量計在啤酒釀造的計量過程中，起到了重要的作用，而且故障率低，測量精度比較高。
1 電磁流量計的構(gòu)成及工作原理
1.1 組成
電磁流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，是一種測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表。
1.2 工作原理
它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在與測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測量管軸線運動時，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此感應(yīng)電勢由兩個檢測電極檢出，數(shù)值大小與流量成比例。傳感器將感應(yīng)電勢作為流量信號，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大、變換濾波及一系列的數(shù)字處理后，用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器輸出4~20mA信號和脈沖信號。
2 電磁流量計的安裝
2.1 電磁流量計傳感器安裝地點和位置
可按照需要選擇水平、傾斜或垂直安裝，但是兩電極的軸線應(yīng)處于水平位置。不管采用何種形式安裝，都要求測量管內(nèi)保證存滿被測介質(zhì)，不能有非滿管或氣泡聚集在測量管中的現(xiàn)象。也不可把流量計安裝在泵的吸入端，防止在管道中形成負(fù)壓而損壞傳感器內(nèi)的村里。
2.2 上游和下游管道
流量計或多或少會受進(jìn)口流動狀況的影響，所以需保證有良好的流動狀況。管道布置會引人流動擾動，最普遍的是流速分布剖面畸變和漩渦。流速剖面畸變通常是由于管路配件局部阻礙（如閥門）或彎頭所造成，漩渦普遍是由兩個或兩個以上空間彎頭所引起。若消除以上影響，需保證在傳感器的上游側(cè)直管段長度不小于5DN，下游側(cè)直管段長度不小于2DN。DN為傳感器的直徑，若現(xiàn)場達(dá)不到這一要求，則要在上游側(cè)安裝流動調(diào)整器。
除考慮緊接流量計前的配件外，還應(yīng)考慮更往上游若于管道配件的組合，因為它們可能是產(chǎn)生最接近配件擾動的擾動源。盡可能拉開各擾動產(chǎn)生件之間的距離以減少影響。
2.3 管徑
測量大管徑、低流速或小管徑、高流速，可選用與管徑尺寸不同的流量計口徑，并用異徑管連接，使流量計運行流速在規(guī)定的范圍內(nèi)。
2.4 管道震動
若管道系統(tǒng)有較強(qiáng)的震動，應(yīng)考慮流量計前后管道上加支撐。如果管道上已經(jīng)安裝有脈動緩沖器（消除泵的影響），但在安裝流量計時，還是考慮盡可能遠(yuǎn)離震動或脈動源為好。
2.5 閥門位置
為了檢查零點，應(yīng)使傳感器充滿介質(zhì)并流速為零，這可以通過關(guān)閉在傳感器上游的截止閥和下游的控制閥來實現(xiàn)�？刂崎y應(yīng)安裝在流量計的下游，避免上游閥所產(chǎn)生的流速分布畸變。
2.6 維護(hù)空間
一般來說，維修人員應(yīng)能進(jìn)人到流量計周圍，易于維修和能有調(diào)換整機(jī)的位置。而且要求與傳感器連接的管道法蘭處有足夠的空間，因為傳感器的法蘭與外殼距離有限，連接螺栓需從管道側(cè)穿人。
2.7 電氣連接和電磁干擾
流量計的安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場（如：電動機(jī)、變壓器或其它電源）。信號電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電源，以便將電磁干擾和射頻干擾降至最低水平。傳感器和變送器連接導(dǎo)線不應(yīng)超過50米。
2.8 接地
流量計的工作接地應(yīng)單獨接地，不能用公共接地線接地；接地裝置與傳感器的距離盡可能短；而且接地電阻應(yīng)嚴(yán)格滿足儀表使用說明書的要求。如果傳感器安裝在金屬管道上，且金屬管道內(nèi)壁沒有絕緣層時，則可將接地導(dǎo)線接到兩個管道法蘭上，通過金屬管道與流體保持可靠接地。若干擾太強(qiáng)，如此接地不足以抗衡干擾時，則接地導(dǎo)線應(yīng)從兩個管道法蘭分別沿金屬管道向外延伸至能消除干擾處相連接。此外，傳感器、變送器及二次儀表間的回路接地及屏蔽接地也不容忽視。
3 電磁流量計口徑、流量以及傳感器襯里的選擇
3.1 口徑的選擇
流量計一般介質(zhì)流速以2~6米/秒為宜，最低不應(yīng)小于0.3米/秒，最高不得大于12米/秒。如果流速太低，電磁信號降低，造成計量精度下降。若流體中含有固體顆粒，應(yīng)使流速小于3米/秒。對于粘滯液體，相應(yīng)流速取較高值，這有助于自動消除電極上的污物，也有利于提高測量精度。
流量、流速與口徑三者關(guān)系的計算公式為：
Q＝900JID2V
其中Q：流量（米3/小時），V：流速（米/秒），D：口徑（米）。
根據(jù)公式，可計算出口徑的大小。
3.2 流量的選擇
流量計口徑大小確定后，應(yīng)根據(jù)預(yù)設(shè)的工藝最大流量，增加15%~30%為滿量程值。在實際應(yīng)用中，流量均不得超過滿量程值，如超過滿量程值，該部分流量誤差較大，而滿量程與最小流量正常精度范圍不得超過20倍
4 電磁流量計的特點
4.1 優(yōu)點
（1）測量管內(nèi)無阻流件，壓力損失為零，不易堵塞。
（2）只要選擇合理的電極及村里材料，即可達(dá)到耐腐蝕，耐磨損的要求。
（3）測量結(jié)果與液體的壓力、溫度、密度、粘度、電導(dǎo)率（不小于最低電導(dǎo)率5μS/cm）等物理參數(shù)基本無關(guān)，不受環(huán)境影響，所以測量精度高、工作穩(wěn)定、可靠。
（4）采用最新模擬信號技術(shù)和高性能超大規(guī)模集成芯片，對信號進(jìn)行隔離、濾波、放大及數(shù)字處理。精確顯示測量結(jié)果。
（5）可用于大口徑管道測量。
（6）對影響測量結(jié)果的參數(shù)進(jìn)行自動監(jiān)控和修正，對全量程采用分段流量系數(shù)的設(shè)置和修正，因而擴(kuò)大了測量范圍，提高了智能化程度和測量精度，大大提高了穩(wěn)定性能。
（7）具有空管保護(hù)，測量值斷電保護(hù)及過量程報警功能，傳感器安裝不受液體流動方向限制，可實現(xiàn)雙向測流。
（8）采用帶背光點陣式雙排流量顯示器，同時顯示瞬時流量、累計流量，并能顯示工作狀態(tài)、參數(shù)、計量單位等。
（9）量程范圍寬，正常適用范圍20：1，一般30：1或更大。
4.2 缺點
（1）電導(dǎo)率必須高于廠家要求的最小電導(dǎo)率，才能正常工作。
（2）流量計必須在介質(zhì)充滿管道的條件下測量。
（3）液體夾帶氣泡時會引起測量誤差。
（4）在某些介質(zhì)中電極會產(chǎn)生污垢，引起所產(chǎn)生的電壓信號出現(xiàn)誤差。
（5）要求安裝在管線上。
（6）價格較高。
（7）當(dāng)流量計安裝在電氣危險區(qū)域時，必須選擇防爆型的。
5 電磁流量計的維護(hù)
（1）應(yīng)定期檢查轉(zhuǎn)換器是否進(jìn)水、受潮及腐蝕。對儀表進(jìn)線端應(yīng)做好防水處理。
（2）定期清洗傳感器電極及測量管，清洗時，切勿損傷電極及襯里。
（3）定期檢查連接電纜的老化及接觸程度是否完好（包括接地線）。
（4）制定嚴(yán)格的管理制度，嚴(yán)禁操作人員隨意更改內(nèi)部參數(shù)。
6 影響電磁流量計準(zhǔn)確工作的因素及采取的措施
（1）傳感器內(nèi)壁出現(xiàn)附著層，附著層主要為流量計長時間工作后形成的垢層與污泥層。附著層除了會微小改變管道內(nèi)的流通截面外，其主要影響是改變了兩電極間的電阻。若附著層的電導(dǎo)率顯著高于流體的電導(dǎo)率，則電極回路將出現(xiàn)短路，將無流量信號輸出。若附著層為絕緣層，則電極回路將出現(xiàn)斷路，使電極間絕緣而送不出流量信號。
采取的措施：
① 針對啤酒釀造過程中大部分流量計沒有安裝清洗管道，所以需定期拆下傳感器清洗電極。如果有條件的話，可安裝沖洗管道，定期沖洗電極。
② 在滿足工藝的條件下，盡量選擇口徑小的儀表以提高其流速，加大沖刷效果而減少沉積。
（2）流量計在正常工作期間，必須保證流體充滿管道，也不允許液體內(nèi)存有氣泡。如果液體不充滿管道，其后果是流體的截面將與管道內(nèi)截面不一致，造成計算體積流量值偏差。如果被測液體中含有均勻分布的微小氣泡，通常不影響流量計的正常工作，但隨著氣泡的增大，儀表輸出信號會出現(xiàn)波動，若氣泡大到足以遮蓋整個電極表面時，隨著氣泡流過電極表面會使電極回路瞬間斷路，而使輸出信號出現(xiàn)更大的波動。
采取的措施：嚴(yán)格按照以上的安裝要求對流量計進(jìn)行安裝。
（3）流量計在正常工作期間，應(yīng)避免形形式式的外界寄生電勢及本身產(chǎn)生的干擾。電磁流量計是按電磁感應(yīng)原理工作的，其工作時的流量信號很小，在滿量程時只有幾個毫伏，而在下限流量時，僅有數(shù)十微伏，因此極易受周圍的諸如電動機(jī)、變壓器及一些其它電氣設(shè)備等產(chǎn)生的電磁感應(yīng)干擾。大致有以下幾種干擾源：
① 周圍運行中的電氣設(shè)備在金屬管道上產(chǎn)生雜散電流（如管道上的電焊操作等），這些電流通過管道以及管道內(nèi)的流體影響電磁流量計。
② 電磁流量計與電機(jī)、電器設(shè)備公共接地或接至上、下水管道上，使電力設(shè)備的漏電流通過公共地線引入電磁流量計。
③ 周圍電磁設(shè)備的電磁場對信號傳輸線及電子線路的干擾。
采取的措施：嚴(yán)格按照安裝要求對流量計進(jìn)行安裝。
7 結(jié)束語
電磁流量計在啤酒釀造的計量過程中，起到了重要的作用，而且故障率低，測量精度比較高。
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