[实用新型]磁流量计和变送器

说明书

技术领域

本实用新型总体上涉及流处理，具体地涉及一种磁流量计以及一种变送器。 

背景技术

磁流量计(或者磁流量表)通过法拉第感应(电磁效应)测量流量。磁流量计通常包括流量管和变送器。流量管包括：管道；安装在所述管道上的场线圈(可以包括多个线圈)；以及延伸通过所述管道的电极。变送器向场线圈供电以便在管道部两端产生磁场，磁场在过程流两端感应电动势(EMF)。使用延伸通过管道部并与过程流相接触的电极对，或通过电容耦合，来感测得到的电势差(或电压)。流速率与感应到的EMF成正比，体流率(volumetric flow rate)与流速率和流横截面面积成正比。变送器从电极接收感测到的电压，并产生表示测量流的信号。 

通常，电磁流测量技术适用于水基流体、离子溶液和其他导电液体流。具体的用途包括水处理设施、高纯度医药制造、卫生食品和饮料生产以及包括有害和腐蚀性过程流的化学处理。磁流量计还用于包括利用磨蚀和腐蚀性泥浆的液压破碎技术(hydraulic fracturing technique)的碳氢化合物燃料行业，以及其他的碳氢化合物提取和处理方法。 

由于相关联的永久性压力损失(例如孔板或者文氏(Venturi)管两端)，使得磁流量计在基于压差的技术不受欢迎的应用中提供快速、精确的流测量。当难以将机械元件(例如，涡轮转子、涡流元件或者皮托管)引入所述过程流或者不切实际时，也可以采用磁流量计。 

一些磁流量计使用由AC线路电源直接驱动的场线圈。另一类型的磁流量计(通常称作脉冲式DC磁流量计)用低频方波周期性地对该场线圈进行激励或供电。脉冲式DC磁流量计使用以由方波激励确 定的频率改变方向的磁场。 

在磁流量计中，场线圈的线圈电流和绕组数目确定了与流过流量管的导电过程流体垂直的磁场的强度。横向切割该磁场的过程流体的流速在暴露于过程流体的电极上产生较小电势。针对给定数目(匝数)的绕组和绕组中的给定线圈电流，在电极上产生的信号直接地(线性地)与流速成正比。 

在给定流速下，通过流经磁流量计的流体产生的典型噪声谱展现了与频率的倒数成正比的幅度(通常称作“1/f噪声”或“粉红噪声”)。流速率越大，噪声等级也越大。因此，这通常对于能够在较高激励频率下进行操作以便改善信噪比的磁流量计是有利的。由于在磁流量计的电极处产生的信号等级直接与场线圈的安培圈数(即，线圈电流(安培)乘以绕组数目或场线圈匝数)成正比，还希望能够在较高线圈电流下进行操作，以便改善信噪比。 

在脉冲式DC磁流量计中，磁场以激励频率改变方向。当磁场改变了方向时，通过快速改变磁场而产生被电极感测到的电压尖峰。为了进行流测量，流量计的电极电压测量电路必须在进行测量之前等待，直到该电极电压尖峰稳定。潜在错误的另一来源在于：如果线圈中的电流不稳定，或如果磁场的改变滞后于电流的改变并且是缓慢变化的，则得到的耦合到电极信号的电压将出现错误的流读数。在某最大频率下，线圈驱动电路无法令线圈电流或磁通量密度(magnetic flux density)稳定，结果变化的线圈电流感应出与流无关的电极电压改变。在该最大激励频率上的操作将导致流测量的准确度和可重复性变差。不稳定的电流驱动降低了流测量的零准确度(zero accuracy)。 

针对不同直径和构造的流量管，线圈电流稳定的速率是不同的。由于线圈电流在较小直径的流量管中更快稳定，相较于较大直径的流量管，较小直径的流量管可以以较高激励频率进行操作。此外，构造流量管使用的某些材料的磁性特性和电学特性可能引起磁通量密度滞后于线圈中的电流。这对于操作在较高频率下的线圈而言十分重要。 

对驱动电流波形的主要影响是场线圈以及在线圈驱动电路和流量管之间的引线(lead)的电感和电阻。根据流直径和供应商不同， 磁流量管具有多种不同的电感值和电阻值。根据用于将变送器与流量管相连的线缆的电阻值，对相同流量管的不同安装方式可以具有变化超过二分之一的传感器电阻。即使在单个供应商的产品线中，在场线圈的电感和流量管的流直径之间也不存在直接关系。新流量管以及对已有型号的流量管的设计改变可能导致在制造特定变送器时不可用的不同线圈电感值和电阻值。 

因此，难以针对特定流量管和变送器的组合确定适当的工作点。不能提前确定用于普遍地操作电流和频率的优化设定点。 

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