電磁流量計的精確度原理及在井下如何做到精確定位策略

隨著中國的工業(yè)的日益發(fā)展，對于工業(yè)生產(chǎn)過程中的監(jiān)測與控制的設(shè)備要求也不斷提高，目前在國內(nèi)的流量測量領(lǐng)域，智能電磁流量計的占有率不斷增加，因為電磁流量計的精確度比其他的傳統(tǒng)型的流量計更精準，適用范圍廣，所以電磁流量計應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程，比如許多大型的化工企業(yè)和自來水廠的供水系統(tǒng)。中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所，如測量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等求的場所。

市場上通用型智能電磁流量計的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡單。精度低的儀表則為（士1.5％一士2.5%)FS，功能度高的儀表基本誤差為（土0.5％一士1%)R，價格相差接近1一2倍。因此測量精度要求不很高的場所（例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的，只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場體就切割磁力線。

如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極(圖3—17)則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動勢：e＝BD(3－36)式中，為管道截面上的平均流速．由此可得管道的體積流量為：qv＝πDUˉ＝（3－37）由上式可見，體積流量qv與感應(yīng)電動勢e和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)．這就是電磁流量計的測量原理．需要說明的是，要使式（3—37）

嚴格成立，必須使測量條件滿足下列假定：
①磁場是均勻分布的恒定磁場；
②被測流體的流速軸對稱分布；
③被測液體是非磁性的；
④被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。

電磁流量計的精確度原理簡圖1－磁極；2－電極；3－管道(二)勵磁方式勵磁方式即產(chǎn)生磁場的方式．由前述可知，為使式(3—37)嚴格成立，第一個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場．為此，就需要選擇一種合適的勵磁方式。目前，一般有三種勵磁方式，即直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁．現(xiàn)分別予以介紹．

1．交流勵磁目前，工業(yè)上使用的智能電磁流量計，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場也是一個交變磁場．交變磁場變送器的主要優(yōu)點是消除了電極表面的極化于擾．另外，由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號，放行比較，根據(jù)流量的增減來判斷井下管柱密封情況。若注水管柱有泄漏，超聲波流量計則流量的測量結(jié)果會出現(xiàn)上部高、下部低的情況；若底部凡爾球的密封不好，則在撞擊筒會出現(xiàn)流量不為零的情況。1999年5月5日，在下T5-XXX井用SDFZ型浮子流量計測試時發(fā)現(xiàn)全井流量與地面計量結(jié)果相差15m3/d，有關(guān)人員懷疑井下注水管柱漏失。由于用浮子流量計無法驗證，下入電磁流量計測量，測量結(jié)果如圖3所示。圖3上10時40分到11時07分間的幾個流量臺階（從左到右）分別是在井下1000m、500m、100m測得的，除了500m處是全井流量值，其它與地面計量結(jié)果基本一致，說明井下管柱基本不漏。　　5應(yīng)用中存在的幾個問題及對策

2．直流勵磁直流勵磁方式用直流電產(chǎn)生磁場或采用永久磁鐵，它能產(chǎn)生一個恒定的均勻磁場．這種直流勵磁變送器的最大優(yōu)點是受交流電磁場干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響．但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質(zhì)液體被極化，即電解質(zhì)在電場中被電解，產(chǎn)生正負離子．在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極．如圖3—18所示．這樣，將導(dǎo)致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響電磁流量計的正常工作．所以，直流勵磁一般只用于測量非電解質(zhì)液體，如液態(tài)金屬等．圖3－18直流勵磁方式

電磁流量計的精確度應(yīng)用中主要存在以下幾點不足：精密壓力表　　
（1）管徑變化對測量結(jié)果的影響。通常應(yīng)用的智能電磁流量計是中心流速式的，儀器的標定是在特制的管道中完成的，如果測量環(huán)境與標定環(huán)境不同，就會出現(xiàn)測量誤差。以內(nèi)流式儀器為例，若它在內(nèi)徑為Ф62mm光油管中標定，在內(nèi)徑為Ф59mm的涂料油管中測量時就會引入最大15.28%的誤差。這是系統(tǒng)誤差，因此在儀器測量過程中要搞清楚被測管道的內(nèi)徑，解釋資料時要扣除因管徑變化引起的測量誤差。大量實際測量數(shù)據(jù)表明，由管徑變化引起的誤差都在10%以內(nèi)?！?br />
（2）儀器井下精確定位問題。由于儀器本身沒有深度定位裝置，儀器下入深度的計量是靠絞車上的深度計數(shù)器來完成。深度計數(shù)器計量結(jié)果的精度不但與計數(shù)器本身有關(guān)，而且還與工作環(huán)境有關(guān)。如果深度誤差太大，測量結(jié)果就失去意義。因此，深度校正是現(xiàn)場測試的一個關(guān)鍵問題?！　　?br />
（3）不能連續(xù)測量。流量計如果能連續(xù)測量管柱內(nèi)的流動剖面，就能直觀地反映出整個井筒內(nèi)的吸水情況，這樣有利于測井資料的解釋。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計上的缺陷電磁流量計目前還不能完全實現(xiàn)連續(xù)測量?！　⊥ㄟ^對井下存儲式電磁流量計在河南油田的應(yīng)用情況分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)完全適應(yīng)河南油田注水開發(fā)的分層測試要求，具有測試成功率高、資料準確、使用方便等特點，資料應(yīng)用效果好。這種技術(shù)是取代浮子流量計進行分層測試的理想技術(shù)。

（4）儀器的標定問題。儀器是用清水標定的，若注入介質(zhì)改為污水或其它非清水介質(zhì)時會對測量結(jié)果產(chǎn)生什么樣的影響，也是應(yīng)用中要考慮的一個問題。在實際應(yīng)用中，常常需要在現(xiàn)場對儀器進行標定，且要保證標定結(jié)果的準確性。