基于分子磁化率性質的電磁流量計誤差分析

摘要磁性是每個物質的本質屬性，而磁化率是表征物質磁化能力的物理量。本文結合公式和實驗說明了由于被測溶液的分子磁化率性質的不同產生的電磁流量計計量誤差。

關鍵詞 分子磁化率 電磁流量計 誤差

中圖分類號：O441 文獻標識碼：A

Electromagnetic Flowmeter Error Analysis Base on

Properties of Molecule Magnetic Susceptibility

LI Fang

(Shangqiu Vocational School， Shangqiu， He'nan 476000)

AbstractMagnetic property is the essence of each attribute， magnetic susceptibility is a physical quantity that shows the ability of material magnetization. Combining with the formula and the experiment， this paper explain electromagnetic flowmeter measurement error that caused by the different molecule susceptibility properties of the be test solution.

Key wordsmolecular magnetc susceptibility; electromagnetic flowmeter; error

隨著電化學的不斷發展，流量測量以被廣泛應用于工農業、國防建設、醫藥等領域，人們也研究開發出了速度式流量計、動量式流量計、電磁流量計等幾十種流量計。而電磁流量計由于具有安裝和使用較方便、結構和操作簡單、測量精度高，再加上可測量腐蝕性介質、贓污介質及懸濁性液固兩相流的流量、測量結果不受外在物理參數影響以及報警功能和故障自診斷等特點越來越受到人們的廣泛使用。①

1 電磁流量計簡介

徑D已確定并維持磁感

圖1電磁流量計工作原理圖

電磁流量計由流量傳感器和轉換器兩大部分組成，流量傳感器能夠把流過管道內的導電液體的體積流量轉換為線性電信號。變送器是由勵磁電路、信號濾波放大電路、微處理器電路、D/A電路等組成。其轉換原理即法拉第電磁感應定律，也就是當一導體在磁場中運動而切割磁力線時，在導體兩端便會產生感應電動勢。設在電磁流量計中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道，②管道由不導磁材料制成，測量管內的導電介質相當于法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產生恒定磁場。當有導電介質以速度v流過時，則會產生感應電壓E=B v D。管道內部的兩個電極測量產生的感應電壓。由此可得管道的體積流量為：Q=D*D/4y，綜合得：E=4BQ/d=KQ(K為儀表常數，在管道直應強度B恒定時，K是一個常數，此時感應電動勢與體積流量具有線性關系)。具體見圖1。

2 引起電磁流量計測量誤差的原因

2.1 由于安裝使用不當造成的

電磁流量計必須安裝在振動小的場所，測量時要求滿管測量、流速分布軸對稱、可靠的接地等，否則就會出現輸出晃動、示值不準等現象。如果管子不滿有氣泡，就有可能使得測量結果包含管內上半部的氣體體積，就會有測量誤差，當液面低于電極水平面，測量回路處于開路狀態時，測量結果甚至會嚴重失真。再比如，如果流體在管道內流速出現非軸對稱流速分布時，任一流向可分為兩種流動的組合：一種是沿管道軸線的直線流 ，它對管道橫截面的積分為待測液體的體積流量;另一種是純粹的旋渦流，它對管道橫截面的積分為零，如旋渦流對輸出就會產生誤差。③

2.2 電磁流量計自身結構造成的

盡管電磁流量計本身的精度不斷提高，但實際工程中， 不可避免地工藝管道中的彎管、閥門等都會引起流動畸變、二次流或漩渦，從而破壞原有充分均勻的流速分布狀況，進而產生誤差。設計中應盡量使流體經過相當長的直管段，也可以通過安裝流動調整器來調整流體的流動方向，使流體恢復其軸對稱的流速分布。另外，電磁流量計需在劣勢的現場環境中使用，對抗干擾性和可靠性具有較高的要求，如果對外界環境的抗干擾性不高，測試結果可能就會有誤差，因此在系統開發和設計過程中，將提高系統抗干擾性和可靠性作為一項重要的內容。

3 提高電磁流量測量準確性的工程對策

3.1 正確選型

電磁流量計的選型考慮因素很多，一般從傳感器口徑和襯里、點擊材料兩方面考慮。首先，傳感器口徑決定著流體在管道中的流速大小，影響到輸出電勢值。因此，選擇傳感器口徑時應根據實際使用流量而定，不一定與連接的工藝管道口徑相同。再者，電極是電磁流量計拾取流量信號的部件，針對不同介質的不同測量條件選用不同的內襯、電極材料，比如對腐蝕性有要求的流體就要用耐腐蝕性的內襯材料，對磨損性有要求的就要選擇奶磨損的材料。④

3.2 正確安裝

（1）對安裝管路的要求。測量過程中，電極平面處的流速分布已同初校時有一定的差別，傳感器上游管道連接件的配置也會使影響流速分布，操作過程要盡量保證流速以中心軸為對稱分布。另外，如果測量管內導電流體電導率不均勻， 也會影響測量結果，因此，實驗過程中也要盡量保證流體的電導率均勻。

（2）安裝要保證流體充滿測量管。電磁流量計測量的流量是電極平面的平均流速與電極斷面的面積的乘積.只有流體充滿測量管測量才準確，尤其是兩相混相流體，當傳感器水平安裝時，就很容易使得比重大的沉淀到管道下部，比重曉得到了流體上部，從而使流體不均勻，影響測量結果。

4 基于分子磁化率性質產生的電磁流量計計量誤差

不同結構、不同分子質量的物質磁化性質是不同的，這就使得不同溶質、溶劑的溶液的磁化性質不同，即使是同種溶質同種溶劑不同質量濃度的溶液磁化性質也會不同。不同磁化率性質的溶液在通過電磁流量計時改變原磁場強度不同，因此不同溶液在同一電磁流量計磁場的作用下其感應電動勢的響應值也不會相同，所以電磁流量計在計量不同溶液和聚合物溶液時、由于溶液磁化率性質不同就會產生計量誤差。

根據法拉第電磁感應定律，當導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產生感生電勢e，當磁場磁感應強度B、導體在磁場內的長度L、運動速度u三者互相垂直時，e=B l u，e的大小與B、L、u成正比，電流的方向由右手規則定出。在磁感應強度為B的均質磁場中，當導電液流在管道中以流速u流過垂直于磁場方向設置內徑為D的高磁阻管道時，也會產生感應電動勢e=B D u。由此得到管道的體積流量為：q€譾=PD2/4u=PD/4e/B[6]。

另外，結構化學中闡述：分子在磁場中會發生磁化現象，磁化率是用摩爾分子磁化率x表示的，即：x=JV其中：V表示磁介質的摩爾體積，J表示單位磁場強度下的體積磁化率。單位體積磁化J是不同物質分子的特有屬性，與液相物質的密Q、相對分子質量M、摩爾磁化率x、摩爾體積V m無關。下面給大家列出了通過實驗測出的幾種溶劑的不同質量濃度的溶液磁化率結果，見表1。

表1幾種溶劑的不同質量濃度的溶液磁化率結果

通過表1可知：在相同的環境條件下DN20型的電磁流量計量水、分子質量 400萬聚丙烯酰胺溶液、分子質量700萬聚丙烯酰胺溶液，電磁流量計顯示數值基本是一致的。

結論：通過實驗說明電磁流量計所計量在測量不同磁化率性質的溶液時，溶液在通過電磁流量計勵磁磁場時將會不同程度的改變原磁場強度，進而他們在同一電磁流量計勵磁磁場的作用下其感應電動勢也不會相同，電磁流量計的感應電動勢e是隨著被測液流物質的分子磁化率性質而變化，這樣就會由于分子磁化率性質不通而產生的電磁流量計誤差。

注釋

①孫作達，姚恒善，歐陽紅.利用物質磁化率和磁導率性質定性分析不同相對分子質量的大分子聚丙烯酰胺[J].分析測試學報，2007.26(4)459-462.

②朱玉華.體積流量計測量誤差分析及改進措施[J].儀器儀表與分析監測，2005(3):76-79.

③馬中元，杜海寬，魏慶，趙惠敏，張少軍，張清霞.電磁流量計零點偏移實例的解析[J].中國儀器儀表，2000(3).

④任溢.電磁流量計的應用[J].化學工程與裝備，2009(6).

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