電磁流量計在啤酒釀造中的應用

【資料簡介】

江蘇金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明  

隨著啤酒釀造過程中自動化程度的不斷提高，電磁流量計的應用也越來越廣泛。從粉碎用水計量、洗糟用水計量、過濾麥汁計量、冷麥汁計量、清酒計量、到交包裝酒計量等工序中都使用了電磁流量計，為了保證其在應用過程中的測量精度，應了解、注意以下問題。

      1 電磁流量計的構成及工作原理

      1.1 組成

      電磁流量計由傳感器和轉換器兩部分組成，是一種測量導電介質體積流量的感應式儀表。

      1.2 工作原理

      它是根據法拉第電磁感應原理，在與測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當導電液體沿測量管軸線運動時，導電液體切割磁力線產生感應電勢，此感應電勢由兩個檢測電極檢出，數值大小與流量成比例。傳感器將感應電勢作為流量信號，傳送到轉換器，經放大、變換濾波及一系列的數字處理后，用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉換器輸出4~20mA信號和脈沖信號。

      2 電磁流量計的安裝

      2.1 電磁流量計傳感器安裝地點和位置

      可按照需要選擇水平、傾斜或垂直安裝，但是兩電極的軸線應處于水平位置。不管采用何種形式安裝，都要求測量管內保證存滿被測介質，不能有非滿管或氣泡聚集在測量管中的現象。也不可把流量計安裝在泵的吸入端，防止在管道中形成負壓而損壞傳感器內的村里。

      2.2 上游和下游管道

      流量計或多或少會受進口流動狀況的影響，所以需保證有良好的流動狀況。管道布置會引人流動擾動，zui普遍的是流速分布剖面畸變和漩渦。流速剖面畸變通常是由于管路配件局部阻礙（如閥門）或彎頭所造成，漩渦普遍是由兩個或兩個以上空間彎頭所引起。若消除以上影響，需保證在傳感器的上游側直管段長度不小于5DN，下游側直管段長度不小于2DN。DN為傳感器的直徑，若現場達不到這一要求，則要在上游側安裝流動調整器。

      除考慮緊接流量計前的配件外，還應考慮更往上游若于管道配件的組合，因為它們可能是產生zui接近配件擾動的擾動源。盡可能拉開各擾動產生件之間的距離以減少影響。

      2.3 管徑

      測量大管徑、低流速或小管徑、高流速，可選用與管徑尺寸不同的流量計口徑，并用異徑管連接，使流量計運行流速在規定的范圍內。

      2.4 管道震動

      若管道系統有較強的震動，應考慮流量計前后管道上加支撐。如果管道上已經安裝有脈動緩沖器（消除泵的影響），但在安裝流量計時，還是考慮盡可能遠離震動或脈動源為好。

      2.5 閥門位置

      為了檢查零點，應使傳感器充滿介質并流速為零，這可以通過關閉在傳感器上游的截止閥和下游的控制閥來實現。控制閥應安裝在流量計的下游，避免上游閥所產生的流速分布畸變。

      2.6 維護空間

      一般來說，維修人員應能進人到流量計周圍，易于維修和能有調換整機的位置。而且要求與傳感器連接的管道法蘭處有足夠的空間，因為傳感器的法蘭與外殼距離有限，連接螺栓需從管道側穿人。

      2.7 電氣連接和電磁干擾

      流量計的安裝位置應遠離強電磁場（如：電動機、變壓器或其它電源）。信號電纜應盡可能遠離電力電纜和電源，以便將電磁干擾和射頻干擾降至zui低水平。傳感器和變送器連接導線不應超過50米。

      2.8 接地

      流量計的工作接地應單獨接地，不能用公共接地線接地；接地裝置與傳感器的距離盡可能短；而且接地電阻應嚴格滿足儀表使用說明書的要求。如果傳感器安裝在金屬管道上，且金屬管道內壁沒有絕緣層時，則可將接地導線接到兩個管道法蘭上，通過金屬管道與流體保持可靠接地。若干擾太強，如此接地不足以抗衡干擾時，則接地導線應從兩個管道法蘭分別沿金屬管道向外延伸至能消除干擾處相連接。此外，傳感器、變送器及二次儀表間的回路接地及屏蔽接地也不容忽視。

      3 電磁流量計口徑、流量以及傳感器襯里的選擇

      3.1 口徑的選擇

      流量計一般介質流速以2~6米/秒為宜，zui低不應小于0.3米/秒，zui高不得大于12米/秒。如果流速太低，電磁信號降低，造成計量精度下降。若流體中含有固體顆粒，應使流速小于3米/秒。對于粘滯液體，相應流速取較高值，這有助于自動消除電極上的污物，也有利于提高測量精度。

      流量、流速與口徑三者關系的計算公式為：

      Q＝900JID²V

      其中Q：流量（米³/小時），V：流速（米/秒），D：口徑（米）。

      根據公式，可計算出口徑的大小。

      3.2 流量的選擇

      流量計口徑大小確定后，應根據預設的工藝zui大流量，增加15%~30%為滿量程值。在實際應用中，流量均不得超過滿量程值，如超過滿量程值，該部分流量誤差較大，而滿量程與zui小流量正常精度范圍不得超過20倍。

      3.3 傳感器村里的選擇（見表1）

襯里材料	主要性能	適用范圍
聚乙烯 （PE）	對化學品的侵蝕和沾污耐御性能良好，耐無機鹽類的水溶液、無機酸類、堿類的稀或濃溶液，在室溫下幾乎沒有可以使它溶解的溶劑。	A：-40℃~85℃    B：測水、污水、泥漿、礦漿、無機酸、無機鹽、堿溶液 C：可用于衛生級介質
聚丙乙烯 （PS）	耐有機酸、堿、鹽、低級醇及它們的水溶液，不耐烴類、酮類、脂肪類、油、芳香族類、忌氧化劑、超聲波輻射（高頻）。	A：-20℃~60℃ B：測一般的水、污水、泥漿、煤漿、無機酸堿、鹽等水溶液
聚全氟代 乙丙烯 （FEP、F46）	化學性能zui穩定的一種材料，可適用于任何有機溶劑或試劑介質，在高溫下也不受影響。	A：-60℃~200℃ B：適用于任何強腐蝕介質 C：可用于衛生級介質
可溶性 聚四氟乙烯 （PFA）	有的耐化學性、耐高溫、耐低溫，耐強酸王水、強堿及原子工業中用的強腐蝕劑五氟化鈾等。	A：-80℃~250℃ B：適用于任何強腐蝕介質 C：可用于衛生級介質
氯丁橡膠	有*的彈性、韌性、耐磨性、耐一般低濃度酸、堿、鹽介質的腐蝕，不耐氧化性介質腐蝕。	A：< 65℃ B：測一般水、污水、泥漿、礦漿
聚氯乙烯 （PVC）	適用于各種堿、鹽、硫酸、硝 酸、磷酸等及它們的水溶液，不耐濃硫酸、發煙硫酸、醋酐類、醚類、鹵代烴芳胺。	A：-25℃~70℃ B：測一般水、污水、泥漿、煤漿、礦漿 C：一般酸、堿、鹽溶液

      

4 電磁流量計的特點

      4.1 優點

      （1）測量管內無阻流件，壓力損失為零，不易堵塞。
      （2）只要選擇合理的電極及村里材料，即可達到耐腐蝕，耐磨損的要求。
      （3）測量結果與液體的壓力、溫度、密度、粘度、電導率（不小于zui低電導率5μS/cm）等物理參數基本無關，不受環境影響，所以測量精度高、工作穩定、可靠。
      （4）采用模擬信號技術和高性能超大規模集成芯片，對信號進行隔離、濾波、放大及數字處理。顯示測量結果。
      （5）可用于大口徑管道測量。
      （6）對影響測量結果的參數進行自動監控和修正，對全量程采用分段流量系數的設置和修正，因而擴大了測量范圍，提高了智能化程度和測量精度，大大提高了穩定性能。
      （7）具有空管保護，測量值斷電保護及過量程報警功能，傳感器安裝不受液體流動方向限制，可實現雙向測流。
      （8）采用帶背光點陣式雙排流量顯示器，同時顯示瞬時流量、累計流量，并能顯示工作狀態、參數、計量單位等。
      （9）量程范圍寬，正常適用范圍20：1，一般30：1或更大。

      4.2 缺點

      （1）電導率必須高于廠家要求的zui小電導率，才能正常工作。
      （2）流量計必須在介質充滿管道的條件下測量。
      （3）液體夾帶氣泡時會引起測量誤差。
      （4）在某些介質中電極會產生污垢，引起所產生的電壓信號出現誤差。
      （5）要求安裝在管線上。
      （6）價格較高。
      （7）當流量計安裝在電氣危險區域時，必須選擇防爆型的。

      5 電磁流量計的維護

      （1）應定期檢查轉換器是否進水、受潮及腐蝕。對儀表進線端應做好防水處理。
      （2）定期清洗傳感器電極及測量管，清洗時，切勿損傷電極及襯里。
      （3）定期檢查連接電纜的老化及接觸程度是否完好（包括接地線）。
      （4）制定嚴格的管理制度，嚴禁操作人員隨意更改內部參數。

      6影響電磁流量計準確工作的因素及采取的措施

      （1）傳感器內壁出現附著層，附著層主要為流量計長時間工作后形成的垢層與污泥層。附著層除了會微小改變管道內的流通截面外，其主要影響是改變了兩電極間的電阻。若附著層的電導率顯著高于流體的電導率，則電極回路將出現短路，將無流量信號輸出。若附著層為絕緣層，則電極回路將出現斷路，使電極間絕緣而送不出流量信號。

      采取的措施：

      ① 針對啤酒釀造過程中大部分流量計沒有安裝清洗管道，所以需定期拆下傳感器清洗電極。如果有條件的話，可安裝沖洗管道，定期沖洗電極。
      ② 在滿足工藝的條件下，盡量選擇口徑小的儀表以提高其流速，加大沖刷效果而減少沉積。

      （2）流量計在正常工作期間，必須保證流體充滿管道，也不允許液體內存有氣泡。如果液體不充滿管道，其后果是流體的截面將與管道內截面不一致，造成計算體積流量值偏差。如果被測液體中含有均勻分布的微小氣泡，通常不影響流量計的正常工作，但隨著氣泡的增大，儀表輸出信號會出現波動，若氣泡大到足以遮蓋整個電極表面時，隨著氣泡流過電極表面會使電極回路瞬間斷路，而使輸出信號出現更大的波動。

      采取的措施：嚴格按照以上的安裝要求對流量計進行安裝。

      （3）流量計在正常工作期間，應避免形形式式的外界寄生電勢及本身產生的干擾。電磁流量計是按電磁感應原理工作的，其工作時的流量信號很小，在滿量程時只有幾個毫伏，而在下限流量時，僅有數十微伏，因此極易受周圍的諸如電動機、變壓器及一些其它電氣設備等產生的電磁感應干擾。大致有以下幾種干擾源：

      ① 周圍運行中的電氣設備在金屬管道上產生雜散電流（如管道上的電焊操作等），這些電流通過管道以及管道內的流體影響電磁流量計。
      ② 電磁流量計與電機、電器設備公共接地或接至上、下水管道上，使電力設備的漏電流通過公共地線引入電磁流量計。
      ③ 周圍電磁設備的電磁場對信號傳輸線及電子線路的干擾。

      采取的措施：嚴格按照安裝要求對流量計進行安裝。

      7 結束語

      電磁流量計在啤酒釀造的計量過程中，起到了重要的作用，而且故障率低，測量精度比較高。