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電磁流量計的精确度原理及在井下如何做到精确定位策略 [2015/4/13]

   随着中國的工業的日益發展,對于工業生産過程中的監測與控制的設備要求也不斷提高,目前在國内的流量測量領域,智能電磁流量計液位計物位計物位變送器液位變送器電容式物位計電容式液位計電容式物位變送器電容式液位變送器物位開關液位開關電容液位計電容物位計液位儀表物位儀表電容液位變送器電容物位變送器射頻電容式液位開關射頻電容式物位開關電容式液位開關電容式物位開關音叉式液位開關的占有率不斷增加,因為電磁流量計的精确度比其他的傳統型的流量計更精準,适用範圍廣,所以電磁流量計應用領域非常廣泛。大口徑儀表較多應用于給排水工程,比如許多大型的化工企業和自來水廠的供水系統。中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所,如測量造紙工業紙漿液和黑液、有色冶金業的礦漿、選煤廠的煤漿、化學工業的強腐蝕液以及鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制和監漏,長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫藥工業、食品工業、生物工程等求的場所。
    市場上通用型智能電磁流量計的性能有較大差别,有些精度高、功能多,有些精度低、功能簡單。精度低的儀表則為(士1.5%一士2.5%)FS,功能度高的儀表基本誤差為(土0.5%一士1%)R,價格相差接近1一2倍。因此測量精度要求不很高的場所(例如非貿易核算僅以控制為目的,隻要求高可靠性和優良重複性的場體就切割磁力線。
    如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極則可以證明,隻要管道内流速分布為軸對稱分布,兩電極之間也特産生感生電動勢:e=BD(3-36)式中,為管道截面上的平均流速。由此可得管道的體積流量為:qv=πDUˉ=(3-37)由上式可見,體積流量qv與感應電動勢e和測量管内徑D成線性關系,與磁場的磁感應強度B成反比,與其它物理參數無關。這就是電磁流量計的測量原理。需要說明的是,要使式(3-37)嚴格成立,必須使測量條件滿足下列假定:
    ①磁場是均勻分布的恒定磁場;②被測流體的流速軸對稱分布;③被測液體是非磁性的;④被測液體的電導率均勻且各向同性。
    電磁流量計的精确度原理簡圖1-磁極;2-電極;3-管道(二)勵磁方式勵磁方式即産生磁場的方式。由前述可知,為使式(3-37)嚴格成立,第一個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場。為此,就需要選擇一種合适的勵磁方式。目前,一般有三種勵磁方式,即直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁。現分别予以介紹。
    1.交流勵磁目前,工業上使用的智能電磁流量計,大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式,即它的磁場是由正弦交變電流産生的,所以産生的磁場也是一個交變磁場。交變磁場變送器的主要優點是消除了電極表面的極化于擾。另外,由于磁場是交變的,所以輸出信号也是交變信号,放行比較,根據流量的增減來判斷井下管柱密封情況。若注水管柱有洩漏,超聲波流量計則流量的測量結果會出現上部高、下部低的情況;若底部凡爾球的密封不好,則在撞擊筒會出現流量不為零的情況。1999年5月5日,在下T5-XXX井用SDFZ型浮子流量計測試時發現全井流量與地面計量結果相差15m3/d,有關人員懷疑井下注水管柱漏失。由于用浮子流量計無法驗證,下入電磁流量計測量,測量結果如圖3所示。圖3上10時40分到11時07分間的幾個流量台階(從左到右)分别是在井下1000m、500m、100m測得的,除了500m處是全井流量值,其它與地面計量結果基本一緻,說明井下管柱基本不漏。  5應用中存在的幾個問題及對策2.直流勵磁直流勵磁方式用直流電産生磁場或采用永久磁鐵,它能産生一個恒定的均勻磁場。這種直流勵磁變送器的最大優點是受交流電磁場幹擾影響很小,因而可以忽略液體中的自感現象的影響。但是,使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化,即電解質在電場中被電解,産生正負離子。在電場力的作用下,負離子跑向正極,正離子跑向負極。如圖3-18所示。這樣,将導緻正負電極分别被相反極性的離子所包圍,嚴重影響電磁流量計的正常工作。所以,直流勵磁一般隻用于測量非電解質液體,如液态金屬等。圖3-18直流勵磁方式電磁流量計的精确度應用中主要存在以下幾點不足:精密壓力表(1)管徑變化對測量結果的影響。通常應用的智能電磁流量計是中心流速式的,儀器的标定是在特制的管道中完成的,如果測量環境與标定環境不同,就會出現測量誤差。以内流式儀器為例,若它在内徑為Ф62mm光油管中标定,在内徑為Ф59mm的塗料油管中測量時就會引入最大15.28%的誤差。這是系統誤差,因此在儀器測量過程中要搞清楚被測管道的内徑,解釋資料時要扣除因管徑變化引起的測量誤差。大量實際測量數據表明,由管徑變化引起的誤差都在10%以内。
    (2)儀器井下精确定位問題。由于儀器本身沒有深度定位裝置,儀器下入深度的計量是靠絞車上的深度計數器來完成。深度計數器計量結果的精度不但與計數器本身有關,而且還與工作環境有關。如果深度誤差太大,測量結果就失去意義。因此,深度校正是現場測試的一個關鍵問題。
    (3)不能連續測量。流量計如果能連續測量管柱内的流動剖面,就能直觀地反映出整個井筒内的吸水情況,這樣有利于測井資料的解釋。由于結構設計上的缺陷電磁流量計目前還不能完全實現連續測量。  通過對井下存儲式電磁流量計在河南油田的應用情況分析,發現該技術完全适應河南油田注水開發的分層測試要求,具有測試成功率高、資料準确、使用方便等特點,資料應用效果好。這種技術是取代浮子流量計進行分層測試的理想技術。
    (4)儀器的标定問題。儀器是用清水标定的,若注入介質改為污水或其它非清水介質時會對測量結果産生什麼樣的影響,也是應用中要考慮的一個問題。在實際應用中,常常需要在現場對儀器進行标定,且要保證标定結果的準确性。
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