安装方式及干扰磁场对流量计准确计量的影响

摘要：流量计是工业测量中的重要仪表之一。随着工业的发展，对流量计的测量精度和性能的要求越来越高。介质的温度、管道材质、安装位置、介质的流速范围、电磁场的干扰等都会影响流量计的测量精度，如何保障流量计在测量时的精确计量则是重中之重。上海上自仪公司主要介绍了涡轮流量传感器、电磁流量计、超声波流量计的合理安装以及在应用过程中避免磁场干扰的影响，从而确保流量计的精准计量。

随着工业自动化的发展，流量计被广泛地用于石油、化工、冶金等工业部门和市政建设、环保工程中对液体（如酒精、水、油）、气体（如天然气、煤气、氧气）和蒸气的流量计量。由于不同行业，不同被测介质对流量计性能、运行及寿命的要求，各种类型、用途的流量计应用而生。目前，市场上广泛使用的流量计类型主要有电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计和涡轮流量传感器等。这些不同类型的流量计根据各自不同的特点、用途在相关行业测量被测介质的瞬时流量和体积总量，为现代化生产提供了准确的数据。同时，随着设计水平和生产工艺的不断提高，流量计的技术性能不断改善，稳定性、可靠性得以不断提高。随着技术的成熟，因流量计本身元器件损坏、性能不稳而引起故障的概率已经越来越小，而因安装位置不正确所引起的故障或因周围电磁干扰信号对流量计产生的干扰，其对流量计准确计量的影响在实际工作产生的概率反而越来越高。如何解决在应用中遇到的此类问题，是我们今后在排除流量计故障中的一个重要问题。以下主要介绍了涡轮流量传感器、电磁流量计、超声波流量计的合理安装以及在应用过程中避免磁场干扰的影响。

1 涡街流量传感器的安装及应用过程中应注意的问题

涡街流量计的组成部分包括旋涡发生体、检测探头以及相关的电子线路。它依据卡门涡街原理，当液体经过三角柱形旋涡发生体时，会在旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，且一侧旋涡分离的频率与速渡成正比。此时，检测探头会形成交变电信号，输出与旋涡同步成正比的脉冲频率信号。

公式如下：式中，f 为涡旋发生频率；V 为管道内的平均流速；d 是涡旋发生体的迎面宽度；D 为表体通径；Sr 为斯特罗哈尔数此类型流量计在检测元件时不接触流体，且结构简单、牢固、可靠性离，介质透应性强，具有良好的抗震性能。非常高测量温度达400℃。 （1）在安装过程中，流量计上游应配置一定长度的直管段。

（2）传感器应水平或垂直（流体自下而上）在与其公称通径相应的管道上。

（3）在传感器的上游侧不应设置调节阀。

（4）为了方便检修和有利于保护仪器，在有条件的情况下，应尽量采用有旁路阀门的安装方式。

（5）传感器应尽量避免安装在有强烈振动的管道上，如确因条件有限制，传感器必须安装在振动的管道上时，可采取在传感器上游 2D 处加装管道固定支撑点式在满足直管段要求的前提下，加装软管过渡，如图 2 所示。

（6）流量计安装位置应避免大动率用电器、变频器、高压配电设施，安装中应防止磁场干扰和管道杂散电流的影响。例如，某水厂在管径为 DN400mm 的两条出水管安装了两台流量计，启用后一台基本正常，另一台在白天出现幅度波动较大的现象，而在夜间仪表运行正常。于是，将两台流量计对调发现故障依然存在，故判断流量计本身无故障，很可能是安装位置不合适，附近电磁场干扰所致。经现场观察判定，流量计安装接地保护，电气连接均符合安装标准。而在对周围环境了解时发现流量计安装位置附近有一台电机运行变频控制及自动控制，且其附近 3m 处有一电源配电柜。由此初步判定此故障可能为磁场式管道杂散电流故障，由于此电源配电柜和变频器控制柜是整个水厂的电机控制系统，如若关闭整个水厂电机将停止运行，出水也将停止。因此，采取将水泵部分停运，发现流量波动范围减少，初步判定为变频器运行时的异常信号对流量计回路信号结路的干扰影响了流量计的准确计量。

分析认为，无塔供水循环电机功率较大且运行启动变化频繁，特别是白天用水高峰，且供水阀变化较大，变频器控制运行次数频繁，变阀器信号线路与流量计二次信号结路相距较近、平行走向对流量计产生较大影响。鉴于此情况，实施对变频器附近采取措施抑制干扰。对可能影响流量计准确计量的变频上加装线路噪声滤波器和无线电噪声滤波器（如图 3 所示），抑制于扰，在变频器上加装无线电噪声滤波器后可以减少变频器产生电磁噪声中的无线电频率干扰；在变频器输出侧加装线路噪声滤波器，可以降低频器输出侧的线路噪声。经对变频器加装噪声滤器后，流量计恢复正常计量。

2 电磁流量计安装过程中应注意的问题

电磁流量计的测量原理是导电体在一个磁场内运动将在导体内感应出一个电压 U，电压与导电液体现场流速 V 成正比，即：U=K·B·V·D。（其中 K 为仪表常数，B 为磁感应强度，V 为液体流速，D 为电极间距）。

此类仪表在安装过程中，必须保持流量计上下游为直管且上游保持管径 10 倍以上的距离，下游保持在管径 5 倍以上的直段距离，同时，对插入式电磁流量计注意焊接深度，否则，将会产生错误的流量测量结果。

例 1：某水厂安装了两台 DN400mm 的出水流量计，启用后基本正常，6 个月后一台流量计流量明显误差，故障现象为流量明显偏低，且不规则出现流量消失的现象。对流量计及电气接线检测均正常，采取代换法将两台流量计对换，故障依然存在，由此判定流量计本身无故障，可能是环境干扰或安装中存在问题。于是，在不加激磁电流的情况下，测量电极间电势，其值小于 0.05V，故排除电磁干扰的因素，经对流量计安装位置进行检查，发现在两台流量计的上游均有一个碟阀开关，且在运行初期两台流量计均正常，目前，另一台依然正常，碟阀的影响应不可能，但经对上游碟阀检查发现，由于碟阀经常开闭，内部闸板在完全开启时，不到位，产生的扰流影响了流量计的正常计量，经更换故障排除。

例 2：某测试水井出水量，某水井安装一台 DN200mm 的电磁流量计在 3 小时内，仪表输出出现波动的不正常现象，经对水井现场观察安装电气连接均无异常。周围也无大功率干扰源，初步判定可能是管道上杂散电流干扰，于是，在不加激励电流时测得两极电极间电势峰值为 0.8V 左右，采取以下措施对流量传感器与管道其他连接管道间电气绝缘，对流量计信号线路接地屏蔽后，流量计运行正常。具体措施如下：

（1）接地措施：设置良好的安全接地和合理的工作接地来抑制杂散电流干扰。

（2）隔离措施：采用有效的电路连接方式使各电路相互独立不成回路，切断电路间的串扰通道。采用电耦合器隔离电路和采用继电器隔离电路。

（3）屏蔽措施：采用静电屏蔽可以防止静电干扰，采用电磁屏蔽防止高频干扰，采用磁屏蔽可防止低频磁通干扰。在实际工作中，根据电子电路干扰的情况可选择使用以上屏蔽方式来改善电子线路的噪声环境，确保各类电子信号线路正常工作。

3 超声波流量计安装应用过程中应注意的问题

超声波流量计测量原理是通过测量流速来确定流量，上游探头 A 将超声波传递到下游探头 B，下游探头 B 将超声波传递到上游探头 A，超声波在两探头之间传播的时差可以测量出来液体的流速。如图 6 所示。超声波流量计经常用于测量含有固体悬浮物的液体。在液体中含有颗粒时，流量计测量的是颗粒的速度。因为超声波的反射物是固体，当流体流速慢时，固体颗粒漂浮在管道上面或沉积在管道底部都有可能产生错误计量。因此，在应用中，考虑采用具有自身补偿功能的超声波流量计，在安装超声波流量计探头之前，必须在管道上打磨出一片比传感器大的光滑面积，去除铁锈和垢物，管道必须出现金属的光亮。

安装超声波流量计应避免安装在剧烈震动的管道上，使用水平管道时，一般应安装在管道的侧面，避免安装在顶部、下部（可能产生干扰信号），安装点要远离节流阀、喷口式在渐离细管道上。另外，管道中普遍存在气泡，如果气体聚集处占据一定的有效载面积，则流量计将产生计量误差，同时，也会使超声波发生散射影响流量计的正常工作。因此，可采取在管道上游焊接排气阀将会减少气体对流量计准确计量的影响。

其次，超声波流量计易受外界噪声的干扰，一般需要对仪表及仪表柜加装接地装置。在使用超声波流量计时，还应考虑管道结垢对计量数据准确度的影响。对结垢较厚或不标准管径的管道使用超声波流量计计算流量时，如果仍按标准管径输入仪表就会产生计量上较大的误差，特别是对某些使用时间较长的管道，管径难以测量，使超声波信号难以通过。对于此种使用时间较长的管道，一般采取将加装超声波流量计的管道更换为符合超声波流量计安装条的直段标准不锈钢管，即可确保超声波流量计的准确计量。

4 结语

计量是工业生产的眼睛，流量计在工业生产中占有重要位置。随着设计水平和生产工艺的不断提高，流量计的技术性能不断得到改善。现阶段，市面上应用范围较广的流量计有涡轮流量传感器、电磁流量计以及超声波流量计。流量计安装位置的选择是影响计量精度的直接因素，周围电磁场的干扰也是影响计量精度的重要因素。上海上自仪公司正确的安装位置以及避免磁场干扰可以有效提高计量精度，从而提高生产效率。