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电磁流量计

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电磁流量计接地的重要性

来源:作者:发表时间:2020-02-28 14:42:21

           电磁流量计的正确安装和接地对于准确,可靠的测量性能至关重要。流经流体或仪器的杂散交流或直流电流会产生噪声信号,这些噪声信号又可能会干扰当今现代脉冲直流磁力计产生的相对较低的流量信号。制造商提供了各种元素(接地带,接地电极,接地环,衬里保护器)和电磁流量计标准接地说明。

存在某些过程条件,用户无法或不应该使用与相邻管道和地面的传统接地连接。这些流量测量应用在电解过程和阴极保护应用中经常遇到。

在这种情况下,流过磁力计传感器的流体可能处于比地面大得多或更低的电势,并且与地面的连接可能会损害磁力计的性能甚至可靠性。

这些应用通常会通过使用不导电或带衬里的管道而变得更加复杂,并且可能会出现酸或腐蚀性流,这可能需要使用昂贵的湿式电极和接地材料(例如钛,铂或钽)。有关这些特殊安装要求的完整详细信息,请参阅标题为“特殊应用”的部分。 

磁力仪工作原理

电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律,该定律指出在通过磁场的导体中会感应出电压。

法拉第定律:E = kBDV

感应电压E的大小与导体V的速度,导体宽度D和磁场B的强度成正比。

次级(或发射器)将受控电流提供给线圈以产生磁场,并对信号进行放大,滤波并将其转换为用户输出,例如4 – 20 mA,频率或数字通信信息(HART,FOUNDATION现场总线,Profibus)。

在现代的脉冲直流磁力计中,生​​成的信号实际上很小:通常为每秒每英尺100 uV的流速(每秒每米300 uV的流速)。由于该信号非常小,因此电磁流量计的设计者和用户必须采取措施将噪声降至最低并最大化噪声抑制。这些步骤之一是正确接地系统。

接地/安全接地

为避免对操作人员造成危害,必须始终按照当地的电气法规安装电气设备并进行布线。对于交流供电设备,通常采取将设备外壳连接到地面的形式

通常是通过将接地的绿线连接到电磁流量计变送器接线区域中的接地片上来完成的。如果变送器一体安装在传感器上,则传感器也会自动连接到地面。

通常,磁力计的相邻管道会提供与地面的连接。通常也通过电源连接在变送器上接地。

重要的是,如果两个接地都建立了,那么它们之间的阻抗必须非常低。如果这些接地连接之间的阻抗很高,则可能导致通过线圈屏蔽线的电流较大。

基本过程接地

建立过程区域是最重要的安装细节之一。正确的过程接地可确保传感器和流体的电位相同,从而仅测量感应的流量信号。为什么这是必要的?为了回答这个问题,让我们看一下电磁流量计传感器和变送器如何电气连接。

在典型的脉冲直流磁力计中,流量信号连接到差分放大器,该差分放大器与变送器外壳电气隔离。接地过程为该差分放大器提供了稳定的参考。

在大多数应用中,最佳和最稳定的参考是接地本身。通过将磁力计传感器,流体和放大器的基准连接到稳定的无噪声基准点,可以确保用户从其电磁流量计中获得最佳性能。

电磁流量计接地

图1.传感器和变送器之间的基本电气连接

接地装置主要由在其上安装了电磁流量计管的类型来确定。

导电无衬管,导电衬管和非导电管的推荐接地布置如图2 –图4所示。

电磁流量计接地方案

电磁流量计接地

接地环与接地电极

 

如前图所示,当靠近电磁流量计的管道不能提供良好的流体电连接时,需要接地环或接地电极。也就是说,管道内衬或由非导电材料制成。

接地环或接地电极可提供与过程流体所需的电连接。接地电极是传感器不可或缺的一部分,因此安装更容易且成本更低,特别是在需要“外来”材料时。

接地环提供了更大的表面积与过程流体的连接,并限制了相邻管道的电导率的影响,这对于晶圆式传感器而言非常重要。因此,在以下情况下,建议在接地电极上使用接地环:

  • 流体电导率小于100uS / cm
  • 晶圆型传感器安装在非导电管道或衬里管道中
  • 可能导致管道底部出现涂层或堆积的应用
  • 电解过程或阴极保护应用

特殊应用

电解工艺应用

在典型的电解过程中,磁力仪用于测量进料流体进入电解槽的流量。将大的直流电流(1000安培或更高)馈入电解槽以驱动电解过程。产生的液体和气体也可以通过其他流量计进行监控。

电解过程可能发生在一个反应​​器或非常多的电池中。在后一种情况下,每个单元都可以具有自己的电磁流量计,用于进料流量测量。

无论采用哪种布置,存在的大电压和电流都可能导致电流以意想不到的方式流动。这里感兴趣的电流一般分为两种:

  • 电流流过磁力计
  • 电流流经接地组件

两种类型的电流都可能出现在这些类型的典型应用中。在很好种情况下,流过传感器的流体中的电流会产生噪声,该噪声可能会干扰低电平流量信号。测试表明,该噪声随电流水平变化,并且具有容易干扰流量信号的成分。

结果通常不是流量测量不准确,而是流量测量不稳定,可能使控制变得困难或不可能。在这种情况下,接地环提供了一条路径,可将电磁流量计中流体周围的电流分流。

如果发生以下情况,则可能会流过接地组件:

  1. 一个系统中使用多个磁力仪;
  2. 他们有不同的潜力;

3.多个电磁流量计的接地组件绑在一个公共点上。最常见的公共点可能是通过接地的绿线。诸如此类的情况导致接地部件的高度腐蚀,甚至导致接地电极周围的密封性丧失,甚至包括丧失密封性。此外,流经接地组件的电流会产生噪声,从而导致不稳定的电磁流量计输出。

电解工艺应用建议

1.与地面隔离:在这种情况下,电磁流量计应仅与过程电气连接。由于电磁流量计未接地,因此应使用隔离的直流电源(约24 VDC),以避免安全问题。如果没有隔离的直流电源,则必须将变送器从传感器远程安装。始终遵守所有适用的国家和地方安全法规。

2.使用接地环或衬里保护器,而不要使用接地电极:接地环使过程暴露更多的表面;如果电流流动,将产生较少的噪声,从而为放大器提供更稳定的参考。使用两个接地环将提供一条路径,以使电磁流量计中的流体周围的电流分流。

3.具体的连接:接地环或衬里保护器应如图5所示进行连接。将两个接地环都连接到传感器外壳上以使流过电极附近的过程流体的电流最小化非常重要。

4.选择37 Hz线圈驱动频率:这些应用中产生的噪声通常具有1 / f特性;即,噪声的幅度随着频率的增加而减小。由于该特性,在较高的线圈驱动频率下噪声较小,并且输出更加稳定。

阴极保护应用

阴极保护是一种通过使金属表面成为电化学电池中的阴极来限制金属表面腐蚀的技术。另一块更容易腐蚀的金属成为电化学电池中的阳极。在长管道中,大的直流电流流过过程流体以驱动阴极保护。

在这些应用中,只有阳极与大地接地非常重要。如果存在另一个接地点,它也可以为阴极保护系统提供阳极材料。因此,所有管道和仪器(包括电磁流量计)必须与地面隔离。

阴极保护应用建议

1.与地面隔离:在这种情况下,电磁流量计应仅与过程电气连接。由于电磁流量计未接地,因此应使用隔离的直流电源(约24 VDC),以避免安全问题。如果没有隔离的直流电源,则必须将变送器从传感器远程安装。始终遵守所有适用的国家和地方安全法规。

2.使用接地环或衬里保护器,而不要使用接地电极:接地环使过程暴露更多的表面;如果电流流动,将产生较少的噪声,从而为放大器提供更稳定的参考。使用两个接地环将提供一条路径,以使电磁流量计中的流体周围的电流分流。

3.具体的连接:接地环或衬里保护器应如图5所示进行连接。将两个接地环都连接到传感器外壳上以使流过电极附近的过程流体的电流最小化非常重要。

4.特殊差分放大器:在某些安装中,即使管道中有流量,变送器的输出也可能被驱动为0。这是由于阴极保护系统的DC电压干扰了变送器电极信号电路中标准差分放大器的工作而引起的。如果发生这种情况,则应安装具有特殊选件的新变送器,或将其替换为现有变送器。

结论:

电磁流量计的正确接地是最重要的安装细节之一。已经讨论了典型应用的接地布置,包括使用接地电极和接地环的建议。

在电解过程和阴极保护应用中安装电磁流量计时,需要使用不同的接地布置,而传统的接地方法实际上会造成问题。

 

尽管本文为这些应用程序提供了一般性建议,但每个应用程序都是不同的。电解过程和阴极保护应用可能会为所有设备(不仅是电磁流量计)带来特殊的安全注意事项