歡迎來江蘇西源儀表科技有限公司!我們將爲您提供優質的服務!銷售熱線:15358667119
聯系我們Contact us
公司名稱:江蘇西源儀表科技有限公司
地址:江蘇省淮安市金湖縣戴樓工業園區
固話:0517-86888206
傳真:0517-86888626
聯系人:于先生
手機:15358667119
郵箱:ldcr_1988@163.com
網址:http://www.relluo.com
流體噪聲的原因及襯裏和電極的表面粗糙度對流體噪聲的影響
  智能電磁流量計在應用中除了受周圍環境條件,電磁場、靜電場等因素産生的噪聲影響外,被測介質的流體噪聲也是非常重要的影響因素。流體噪聲是一種直流極化電壓,在低頻矩形波勵磁方式中尤爲突出,常見的有漿液噪聲、流動噪聲和高端流速噪聲。
一、流體噪聲的産生原因有下面幾種情況
1、不鏽鋼電極的耐腐蝕是在其表面具有一個極薄的鈍化層,使得電化學反應達到平衡狀態。
    流體中的固體物撞擊電極,使得電極表面鈍化層被破壞,失掉電化學平衡。而金屬材料與流體介質接觸具有重新恢複生成表面鈍化層保持電化學平衡的能力。在達到點化學平衡期間,金屬和流體中的遊離離子在信號電場作用下不斷進行著電化學反應。固體顆粒撞擊電極,不斷破壞保護的鈍化層;電化學反應又反複生成鈍化層,于是形成了電極間的電位不斷大幅地度變化,這種變化的電位造成流量信號中的流體噪聲。這種情況也即電磁流量計中通常講的漿液噪聲。理論和實踐表明,影響電化學反應信號電場變化的頻率升高,可使流體噪聲幅度迅速下降,這就是高頻勵磁和雙頻勵磁可以解決漿液測量的原因。
2、流體摩擦襯裏和電極,流體中發生的正、負離子從電解質流體中分離。
   流量計襯裏和電極表面越粗糙,遊離的離子濃度就越高。受電極信號電場的作用,一部分離子會向電極移動,形成噪聲電壓,這種噪聲被稱爲流動噪聲。流動噪聲在低電導率測量時表現比較突出。流動噪聲與外電場強度有關,高流速時感應信號越大,噪聲幅度也越大,輸出就會很不穩定。
3、流體電導率和pH值的急劇變化也會形成流動噪聲。
    在電磁流量計上遊加藥表現的測量不穩定就是典型例子。原因是不同介質在不均勻混合時,流體中容易分離出正、負離子,受電極信號電場的作用,一部分離子會向電極移動,形成了流動噪聲電壓,造成輸出的不穩定。
4、由于高流速流動流體靠近襯裏和電極部位的層流邊界層厚度變得很薄。
    襯裏和電極的粗糙度高度突破了流速層流邊界層的厚度,流體撞擊這部分粗糙度高度,發生流速發散和突變。有一部分與測量管中心軸方向相同(或相反)的流速分量,受信號權重函數的作用,對電極信號産生了很大影響,形成了大的正誤差,這就是高端流速噪聲。
    上述流體噪聲中的流動噪聲和高端流速噪聲與測量管的襯裏和電極表面粗糙度直接有關,極化電壓産生的漿液噪聲與電極表面粗糙度也有很大關系。下面就介紹一下襯裏和電極的表面粗糙度對流體噪聲的影響。
二、襯裏和電極的表面粗糙度對流體噪聲的影響
    流體噪聲的高低與襯裏和電極表面的粗糙度有關。無論對漿液噪聲、流動噪聲和流速高端噪聲這種關系都很密切。很明顯,粗糙的襯裏和電極表面會加大對流體的摩擦力,容易引起流體中離子分離的加劇,給流動噪聲産生創造條件。光滑的襯裏和電極表面能夠讓流體順滑流過,減小流體與襯裏和電極的摩擦力,因此離子分離的機會將大大減少,流動噪聲也將減小。可以想象流體流動速度加快,襯裏和電極對流體的摩擦力也會加大,流體中離子分離同樣會加劇。再加上流體流速的加快,感應電勢增大,電場對離子運動的作用力增大,因此流動噪聲要增大。所以,在有流動噪聲的情況下流量計使用流速不宜過高。
     曾經有學著和專家們討論過高雷諾數(即高流速)下電磁流量計測量管粗糙度對測量的影響。不鏽鋼網的PFA襯裏由于粗糙度***低,剛度好,試驗條件下未出現高端流速噪聲形成誤差;橡膠襯裏的粗糙度***高,出現高端流速噪聲誤差組***早;聚氨酯襯裏盡管出現高端流速噪聲晚一些,但由于其強度不高,産生的誤差幅度***大。這說明襯裏和電極粗糙度是産生高端流速噪聲的重要原因。
    對于漿液噪聲,由于電極表面覆蓋的一層鈍化膜僅有約1nm厚,如果電極本身粗糙度較高,表面高低不平,鈍化膜就很難達到致密和厚薄均勻,這將對膜的穩定性受到影響,進而也會影響到膜的保持和修複。流體和電極的電化學反應就會不斷進行,就難以做到穩定的測量漿液流體。也就是說,電極表面的粗糙度高低,也直接影響到漿液噪聲的産生與消除。   
    對于用于食品工業生産過程流量測量用的衛生型電磁流量計來說,PTFE或PFA氟塑料襯裏是***常用的,由于食品的電導率一般較低而且粘度較高,測量時出現流動噪聲的可能性很高。這裏,金屬管起接液環作用,用來把測量流體電連接爲信號的基准參考電位。接液環(接液電極或流量計上、下遊連接金屬管道)如同電極,同樣受到被測流體的電化學作用産生流體噪聲,所以也需要受到高度重視,減小粗糙度高度。
    日本橫河公司2009年研究開發的雙頻兩線制電磁流量計,把降低襯裏和電極的粗糙度,完善電極鈍化膜作爲提高傳感器信噪比的關鍵技術之一。對襯裏和電極粗糙度提出了Ra在 0.05~0.15μm範圍的鏡面要求。這一措施使得傳感器感應信號和傳感器的信噪比提高1倍以上,因此在大幅度降低勵磁電流的情況下,兩線制雙頻勵磁電磁流量計能夠得到與四線制具有同樣優良的測量精度。
    從法拉第1832年首次應用地磁場和電磁感應方法測量泰晤士河流速的失敗,到廣泛地應用電磁流量計測量導電液體流量的今天,流體噪聲一直是電磁流量計要解決的重要技術問題之一。尤其在進入低頻矩形波勵磁時代以來,流體噪聲的影響表現得更爲突出。往往有些新裝配的流量計受電極極化的影響,輸出擺動需要經過長時間在水中浸泡才能消除。流體噪聲的大小直接影響到流量計測量的靈敏度、線性度和穩定性。因此,研究流體噪聲,探討其産生的原因,找出降低流體噪聲的方法,提高傳感器信噪比,特別是對微弱勵磁電流(電磁水表、兩線制電磁流量計)的發展和低流速(0.1m/s以下)及高流速(15m/s以上)流量測量範圍的擴展具有重大意義。
© 2018 版權所有 江蘇西源儀表科技有限公司
地 址:江蘇省淮安市金湖縣戴樓工業園區
電 話:0517-86888206
手 機:15358667119  聯系人:于先生
傳 真:0517-86888626  站點地圖

掃一掃,請關注我們