介質電導率對下水管道流量計測量的影響分析

下水管道流量計是一種安裝與使用都相（xiàng）當方便簡單的流（liú）量測量（liàng）儀表，我們在安裝使用過程中對於下水管道（dào）流量計要注意以下三點：流速分布、磁場邊緣效應以及被測介質電導率，對於基於電磁感（gǎn）應原理工作的流量計類型，這三個方麵的因素是在（zài）其使用過程中特別（bié）重要的。下麵小編針對這三方麵加以（yǐ）介紹：
（一）流速分布的影響
隻要管內流速為（wéi）軸對稱（chēng）分布（bù），則電（diàn）*上產生的感生電動勢大（dà）小（xiǎo）與流動狀態無關，不論它是（shì）層流還是紊流，僅與流體的平（píng）均（jun1）流速成正比．因此，流速（sù）分（fèn）布為軸對稱是下水管道流量計必須滿足的工作條件（jiàn）之一．
假如，流速分布相對管（guǎn）中心為非對稱時（shí），測量就會產生誤（wù）差．因為電*上（shàng）得到的感生電（diàn）動勢e是測量管內所有液體共同（tóng）貢獻（xiàn）的結果，所（suǒ）以每一個流體質點都有貢（gòng）獻。但由各個流（liú）體質點相（xiàng）對於電*的幾何位置不同（tóng），故即使各質點速度一樣，它們對電動勢（shì）e的貢獻也是不同的．越靠近電*的質（zhì）點（diǎn）對電動（dòng）勢（shì）e的貢獻越大．也就是說，電*附近的感（gǎn）生電動勢較大，與（yǔ）兩電*平麵成90°的地方（fāng）的流體產生的感生電勢就小．所（suǒ）以，如果電*附近（jìn）的流速非軸對（duì）稱的偏大，測得（dé）的流量信號（hào）就比實際流量值大（dà）；反之，電*附近的流速非軸對稱的偏小（xiǎo），測（cè）得的流量信號也就偏小．因此，為了（le）消除由於流速（sù）分布而產生的測量誤差，在電磁流量變送器的應有一定（dìng）長度的直管段，以保（bǎo）證流速的鈾對稱分（fèn）布．
 (二)磁場邊緣效應的影響（xiǎng）
由前述的（de）基本假（jiǎ）定可知，e＝DB  這一基本表達式是在“長筒（tǒng）流量計”的（de）模型條件下推得的，即假定沿流（liú）體的流動（dòng）方向上磁場始終是均勻的．實（shí）際上，這意味著沿管軸方向上的磁場為無限（xiàn）長，而實際流量計的磁場是有限長的，所以就必須考慮有限長磁場產生的邊緣（yuán）效應對（duì）測量的影響。
1．絕緣管壁（bì）
圖（tú）3—34為流量計測量管的縱向（xiàng）視圖．設磁場長度為2L，測量管半徑（jìng）為a．電*A和B在磁場中部。則從圖（tú）中可見：磁（cí）場的中間部分，即電*附近大致是均勻的，兩端則逐漸減弱（ruò），形成不均勻的磁場邊線，段後下降為零．這樣，在電*附近產生的（de）感（gǎn）生電勢較大，兩（liǎng）端則較小，從而造成液體內部電（diàn）場外（wài）有的不（bú）均勻而產生渦（wō）電流．由渦電流產生的二次（cì）磁通，反過（guò）來又改變磁場邊緣部分的工作磁通，使磁場的均勻性進—步遭到破壞。所以，電*上得到（dào）的感生電勢與無限長磁場下的感生電動勢有（yǒu）差別，使測量信號產生誤差．

圖3－34磁場邊緣（yuán）效應
設在磁場軸（zhóu）向長度為2L時，電*A和B之（zhī）間的感生電動勢用eAB表示，而（ér）無限長磁場（chǎng）時(L→  )的感應電動勢為e．用S來（lái）表示它們的比值（zhí），即（jí）
S＝
顯然，我們希望S值越接近於1越（yuè）好。也就是說，希（xī）望磁場軸向長度為（wéi）有限長時電*上產生的感生電動（dòng）勢盡可能接近於無限長時（shí）的值．若以L／d表示（shì）磁場軸向長度與管道內徑之比（bǐ），則（zé）根據計（jì）算，在測量管是絕（jué）緣管壁的條（tiáo）件下，S與（yǔ）L／d的關係如圖3—35所示．由圖可知，在保證S＝0．99的情況下，L/ d的比值範圍大（dà）致為L／d＝2．8—3．04．這就是說，為了（le）減少磁（cí）場地緣的（de）影響，勵（lì）磁線圈的長度（dù）應為測量管內徑的（de）2. 8—3．04倍，這（zhè）樣才可以使電*上產（chǎn）生電動勢接近於無限長磁場時的值。

圖3－35 S與L / d的關（guān）係
2．導電管壁

圖3－36 導（dǎo）電管壁S與（yǔ）L / a的關（guān）係（xì）
圖（tú）3－37液態金屬磁場（chǎng）邊緣效應
如（rú）果測量管是導電的，由於導電管（guǎn）壁的短路作用，磁場邊緣效應就會更加明顯，並導（dǎo）致電*上感生（shēng）電動勢損失的增加．隨著管（guǎn）壁導電率和壁厚的變（biàn）化，這種影（yǐng）響也將隨之改變．若以  表示管壁厚度，K表示管壁電導率，d和  仍（réng）然分別表示（shì）測量管內半徑和被測液體（tǐ）電導率，則可用L／d和a＝  來表示不同情況下邊緣效（xiào）應的影響程度，如圖3—36所示．
由圖（tú）可（kě）知，同樣的L／d值（zhí），測量（liàng）管的電導率越大，管壁越厚，這種影響也就越（yuè）大，即（jí）感生電動勢的（de）損失也就越嚴重a＝0即相當於管避絕緣的（de）情況(K＝0)，其結果與圖3－35所示的一樣．所以，對下水管道流量計來說，測量管壁絕緣是非常必要的．
3．液態金屬的邊緣效（xiào）應
如前所述，由於勵磁線圈兩端的磁感應強度B是逐漸減弱的，形成了不均勻的邊緣，使被測（cè）介質在磁（cí）場的邊緣區（qū）域內產生渦電流（liú），對測量產生影（yǐng）響．當被測介質是電導率*高的液態（tài）金屬（shǔ）時（shí），這個渦電流的影響就很（hěn）大（dà）。
如圖3－37所示，由磁場邊緣效應產生的渦電流會引起二次磁通，使（shǐ）工作磁場（chǎng）的邊緣發生畸變，出於左側邊緣的磁場是逐漸增強（qiáng）的，所（suǒ）以左側（cè）的渦（wō）電流就企圖去削弱這種增強；而右側的渦電流，由於右側的磁場逐漸減弱（ruò），阻止這種削弱．這樣就造成了整個磁場的畸變，便（biàn）它相對於電*軸不對稱．
上述這種效應（yīng）在值流勵磁（cí）的情況下雖有一定影響，但問題不（bú）大．如果采（cǎi）用（yòng）交流勵磁的話，隨著勵磁電流頻率（lǜ）的增加（jiā），這種邊緣效應的影（yǐng）響就比（bǐ）較嚴重．
如果被測介質中含有導磁性物質，例如含有鐵、鑽、鎳之類的金屬時，磁場邊緣效應的影響就更加複雜化．在理論上研究這種效應時，常用一個（gè）純數，即磁雷諾數RM＝  ud來表征這個效應影響（xiǎng）的（de）大小．其中，  和  分（fèn）別是介質的磁導率和電導率；u為（wéi）介質流速；d為測量管半徑．研究表明（míng），如果RM值不大，並且磁（cí）場邊緣離電*不太近的情況下（xià），即使介質中含有微量（liàng）的導磁性物質（zhì），對測量的影響仍可忽略．相（xiàng）反RM值很大，而且磁場（chǎng）邊緣離電*又比較（jiào）近（jìn）的，則由於工作磁場的畸變將給測量造成嚴重（chóng）的影響。所以，下水管道流量計（jì）要求被測介質非磁性是必要的．另外，對於液態金屬（shǔ），一般采用直流勵磁以減少（shǎo）磁場邊緣效應．
(三（sān）)被測介質（zhì）電導率的影響
目前（qián），下水（shuǐ）管道流量計轉換（huàn）路的輸入阻抗（kàng）已有所提高，測量導電性液體時，一般（bān）不會因（yīn）介（jiè）質電導率稍（shāo）有（yǒu）變化而引起誤差，但對於一定的轉換器輸入阻抗，被測（cè）介質的電導率有一個下限值  min，不能低（dī）於該下限（xiàn）值．
被測介質的電導率太大（dà）也是不允許（xǔ）的（de）。例（lì）如當電導率超過10－1(S／cm)左（zuǒ）右時，就會降低流量信號，改變指示值，即指示流量值小於實際（jì）流量值．這是因為在電磁流量變送器中，磁場為有限長，被（bèi）測（cè）的導（dǎo）電液體隻有（yǒu）流過有限（xiàn）磁場時，才能產生感生電（diàn）動勢e．所以，代表流量信號的感生電動勢e是磁場部分的（de）導電液體切割磁力線的結果，磁場兩端以外（wài）的導電液體沒有對e作出任何貢獻．相反（fǎn），由於它們（men）也是（shì）和兩（liǎng）個電*連通的，故也就（jiù）構成了一部分（fèn）外電路。當變（biàn）送器與轉換器連接在一起時，這部（bù）分外電路就與轉換器輸入阻抗（kàng）相並聯而成為變送器的負載．當（dāng）被（bèi）測介質的電導率很大時（shí），外電（diàn）路的電阻較小，達時（shí）不管轉換器的輸入阻抗有多高，並聯的結果將取決於這部分液體外電路，從而（ér）減小變送器與（yǔ）轉換（huàn）器之間的（de）傳輸（shū）精度。
所以，對一個下水管道流量計（jì）來說，測量不受介質電（diàn）導率影響是（shì）有一（yī）定範圍的，被測介質電導串既不（bú）能太（tài）大，也不能太小。隨著電子技術的發展，轉換器輸入阻（zǔ）抗的（de）提高，必將可（kě）以降低被測介（jiè）質電導率（lǜ）的下（xià）限。

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