排水口流量計的基本原理與接地的重要性
點(diǎn)擊次數(shù)：2665 發(fā)布時間：2021-09-06 07:35:11
排水口流量計的對于準(zhǔn)確，可靠的測量性能至關(guān)重要。流經(jīng)流體或儀器的雜散交流或直流電流會產(chǎn)生噪聲信號，這些噪聲信號又可能會干擾當(dāng)今現(xiàn)代脈沖直流磁力計產(chǎn)生的相對較低的流量信號。制造商提供了各種元素（接地帶，接地電極，接地環(huán)，襯里保護(hù)器）和排水口流量計標(biāo)準(zhǔn)接地說明。
存在某些過程條件，用戶無法或不應(yīng)該使用與相鄰管道和地面的傳統(tǒng)接地連接。這些流量測量應(yīng)用在電解過程和陰極保護(hù)應(yīng)用中經(jīng)常遇到。
在這種情況下，流過磁力計傳感器的流體可能處于比地面大得多或更低的電勢，并且與地面的連接可能會損害磁力計的性能甚至可靠性。
這些應(yīng)用通常會通過使用不導(dǎo)電或帶襯里的管道而變得更加復(fù)雜，并且可能會出現(xiàn)酸或腐蝕性流，這可能需要使用昂貴的濕式電極和接地材料（例如鈦，鉑或鉭）。有關(guān)這些特殊安裝要求的完整詳細(xì)信息，請參閱標(biāo)題為“特殊應(yīng)用”的部分。
磁力儀工作原理
排水口流量計的工作原理基于法拉*電磁感應(yīng)定律，該定律指出在通過磁場的導(dǎo)體中會感應(yīng)出電壓。
法拉*定律：E = kBDV
感應(yīng)電壓E的大小與導(dǎo)體V的速度，導(dǎo)體寬度D和磁場B的強(qiáng)度成正比。
次級（或發(fā)射器）將受控電流提供給線圈以產(chǎn)生磁場，并對信號進(jìn)行放大，濾波并將其轉(zhuǎn)換為用戶輸出，例如4 - 20 mA，頻率或數(shù)字通信信息（HART，F(xiàn)OUNDATION現(xiàn)場總線，Profibus）。
在現(xiàn)代的脈沖直流磁力計中，生??成的信號實(shí)際上很小：通常為每秒每英尺100 uV的流速（每秒每米300 uV的流速）。由于該信號非常小，因此排水口流量計的設(shè)計者和用戶必須采取措施將噪聲降至*低并*大化噪聲抑制。這些步驟之一是正確接地系統(tǒng)。
接地/安全接地
為避免對操作人員造成危害，必須始終按照當(dāng)?shù)氐碾姎夥ㄒ?guī)安裝電氣設(shè)備并進(jìn)行布線。對于交流供電設(shè)備，通常采取將設(shè)備外殼連接到地面的形式
通常是通過將接地的綠線連接到排水口流量計變送器接線區(qū)域中的接地片上來完成的。如果變送器一體安裝在傳感器上，則傳感器也會自動連接到地面。
通常，磁力計的相鄰管道會提供與地面的連接。通常也通過電源連接在變送器上接地。
重要的是，如果兩個接地都建立了，那么它們之間的阻抗必須非常低。如果這些接地連接之間的阻抗很高，則可能導(dǎo)致通過線圈屏蔽線的電流較大。
基本過程接地
建立過程區(qū)域是*重要的安裝細(xì)節(jié)之一。正確的過程接地可確保傳感器和流體的電位相同，從而僅測量感應(yīng)的流量信號。為什么這是必要的？為了回答這個問題，讓我們看一下排水口流量計傳感器和變送器如何電氣連接。
在典型的脈沖直流磁力計中，流量信號連接到差分放大器，該差分放大器與變送器外殼電氣隔離。接地過程為該差分放大器提供了穩(wěn)定的參考。
在大多數(shù)應(yīng)用中，*佳和*穩(wěn)定的參考是接地本身。通過將磁力計傳感器，流體和放大器的基準(zhǔn)連接到穩(wěn)定的無噪聲基準(zhǔn)點(diǎn)，可以確保用戶從其排水口流量計中獲得*佳性能。
圖1.傳感器和變送器之間的基本電氣連接
的接地裝置主要由在其上安裝了排水口流量計管的類型來確定。
導(dǎo)電無襯管，導(dǎo)電襯管和非導(dǎo)電管的推薦接地布置如圖2 -圖4所示。
接地環(huán)與接地電極
如前圖所示，當(dāng)靠近排水口流量計的管道不能提供良好的流體電連接時，需要接地環(huán)或接地電極。也就是說，管道內(nèi)襯或由非導(dǎo)電材料制成。
接地環(huán)或接地電極可提供與過程流體所需的電連接。接地電極是傳感器不可或缺的一部分，因此安裝更容易且成本更低，特別是在需要“外來”材料時。
接地環(huán)提供了更大的表面積與過程流體的連接，并限制了相鄰管道的電導(dǎo)率的影響，這對于晶圓式傳感器而言非常重要。因此，在以下情況下，建議在接地電極上使用接地環(huán)：
流體電導(dǎo)率小于100uS / cm
晶圓型傳感器安裝在非導(dǎo)電管道或襯里管道中
可能導(dǎo)致管道底部出現(xiàn)涂層或堆積的應(yīng)用
電解過程或陰極保護(hù)應(yīng)用
特殊應(yīng)用
電解工藝應(yīng)用
在典型的電解過程中，磁力儀用于測量進(jìn)料流體進(jìn)入電解槽的流量。將大的直流電流（1000安培或更高）饋入電解槽以驅(qū)動電解過程。產(chǎn)生的液體和氣體也可以通過其他流量計進(jìn)行監(jiān)控。
電解過程可能發(fā)生在一個反應(yīng)??器或非常多的電池中。在后一種情況下，每個單元都可以具有自己的排水口流量計，用于進(jìn)料流量測量。
無論采用哪種布置，存在的大電壓和電流都可能導(dǎo)致電流以意想不到的方式流動。這里感興趣的電流一般分為兩種：
電流流過磁力計
電流流經(jīng)接地組件
兩種類型的電流都可能出現(xiàn)在這些類型的典型應(yīng)用中。在*一種情況下，流過傳感器的流體中的電流會產(chǎn)生噪聲，該噪聲可能會干擾低電平流量信號。測試表明，該噪聲隨電流水平變化，并且具有容易干擾流量信號的成分。
結(jié)果通常不是流量測量不準(zhǔn)確，而是流量測量不穩(wěn)定，可能使控制變得困難或不可能。在這種情況下，接地環(huán)提供了一條路徑，可將排水口流量計中流體周圍的電流分流。
如果發(fā)生以下情況，則可能會流過接地組件：
一個系統(tǒng)中使用多個磁力儀；
他們有不同的潛力；
3.多個排水口流量計的接地組件綁在一個公共點(diǎn)上。*常見的公共點(diǎn)可能是通過接地的綠線。諸如此類的情況導(dǎo)致接地部件的高度腐蝕，甚至導(dǎo)致接地電極周圍的密封性喪失，甚至包括喪失密封性。此外，流經(jīng)接地組件的電流會產(chǎn)生噪聲，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的排水口流量計輸出。
電解工藝應(yīng)用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應(yīng)僅與過程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應(yīng)使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問題。如果沒有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠(yuǎn)程安裝。始終遵守所有適用的**和地方安全法規(guī)。
2.使用接地環(huán)或襯里保護(hù)器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過程暴露更多的表面；如果電流流動，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩(wěn)定的參考。使用兩個接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周圍的電流分流。
3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護(hù)器應(yīng)如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過電極附近的過程流體的電流*小化非常重要。
4.選擇37 Hz線圈驅(qū)動頻率：這些應(yīng)用中產(chǎn)生的噪聲通常具有1 / f特性；即，噪聲的幅度隨著頻率的增加而減小。由于該特性，在較高的線圈驅(qū)動頻率下噪聲較小，并且輸出更加穩(wěn)定。
陰極保護(hù)應(yīng)用
陰極保護(hù)是一種通過使金屬表面成為電化學(xué)電池中的陰極來限制金屬表面腐蝕的技術(shù)。另一塊更容易腐蝕的金屬成為電化學(xué)電池中的陽極。在長管道中，大的直流電流流過過程流體以驅(qū)動陰極保護(hù)。
在這些應(yīng)用中，只有陽極與大地接地非常重要。如果存在另一個接地點(diǎn)，它也可以為陰極保護(hù)系統(tǒng)提供陽極材料。因此，所有管道和儀器（包括排水口流量計）必須與地面隔離。
陰極保護(hù)應(yīng)用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應(yīng)僅與過程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應(yīng)使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問題。如果沒有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠(yuǎn)程安裝。始終遵守所有適用的**和地方安全法規(guī)。
2.使用接地環(huán)或襯里保護(hù)器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過程暴露更多的表面；如果電流流動，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩(wěn)定的參考。使用兩個接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周圍的電流分流。
3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護(hù)器應(yīng)如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過電極附近的過程流體的電流*小化非常重要。
4.特殊差分放大器：在某些安裝中，即使管道中有流量，變送器的輸出也可能被驅(qū)動為0。這是由于陰極保護(hù)系統(tǒng)的DC電壓干擾了變送器電極信號電路中標(biāo)準(zhǔn)差分放大器的工作而引起的。如果發(fā)生這種情況，則應(yīng)安裝具有特殊選件的新變送器，或?qū)⑵涮鎿Q為現(xiàn)有變送器。
結(jié)論：
排水口流量計的正確接地是*重要的安裝細(xì)節(jié)之一。已經(jīng)討論了典型應(yīng)用的接地布置，包括使用接地電極和接地環(huán)的建議。
在電解過程和陰極保護(hù)應(yīng)用中安裝排水口流量計時，需要使用不同的接地布置，而傳統(tǒng)的接地方法實(shí)際上會造成問題。
盡管本文為這些應(yīng)用程序提供了一般性建議，但每個應(yīng)用程序都是不同的。電解過程和陰極保護(hù)應(yīng)用可能會為所有設(shè)備（不僅是排水口流量計）帶來特殊的安全注意事項(xiàng)
存在某些過程條件，用戶無法或不應(yīng)該使用與相鄰管道和地面的傳統(tǒng)接地連接。這些流量測量應(yīng)用在電解過程和陰極保護(hù)應(yīng)用中經(jīng)常遇到。
在這種情況下，流過磁力計傳感器的流體可能處于比地面大得多或更低的電勢，并且與地面的連接可能會損害磁力計的性能甚至可靠性。
這些應(yīng)用通常會通過使用不導(dǎo)電或帶襯里的管道而變得更加復(fù)雜，并且可能會出現(xiàn)酸或腐蝕性流，這可能需要使用昂貴的濕式電極和接地材料（例如鈦，鉑或鉭）。有關(guān)這些特殊安裝要求的完整詳細(xì)信息，請參閱標(biāo)題為“特殊應(yīng)用”的部分。
磁力儀工作原理
排水口流量計的工作原理基于法拉*電磁感應(yīng)定律，該定律指出在通過磁場的導(dǎo)體中會感應(yīng)出電壓。
法拉*定律：E = kBDV
感應(yīng)電壓E的大小與導(dǎo)體V的速度，導(dǎo)體寬度D和磁場B的強(qiáng)度成正比。
次級（或發(fā)射器）將受控電流提供給線圈以產(chǎn)生磁場，并對信號進(jìn)行放大，濾波并將其轉(zhuǎn)換為用戶輸出，例如4 - 20 mA，頻率或數(shù)字通信信息（HART，F(xiàn)OUNDATION現(xiàn)場總線，Profibus）。
在現(xiàn)代的脈沖直流磁力計中，生??成的信號實(shí)際上很小：通常為每秒每英尺100 uV的流速（每秒每米300 uV的流速）。由于該信號非常小，因此排水口流量計的設(shè)計者和用戶必須采取措施將噪聲降至*低并*大化噪聲抑制。這些步驟之一是正確接地系統(tǒng)。
接地/安全接地
為避免對操作人員造成危害，必須始終按照當(dāng)?shù)氐碾姎夥ㄒ?guī)安裝電氣設(shè)備并進(jìn)行布線。對于交流供電設(shè)備，通常采取將設(shè)備外殼連接到地面的形式
通常是通過將接地的綠線連接到排水口流量計變送器接線區(qū)域中的接地片上來完成的。如果變送器一體安裝在傳感器上，則傳感器也會自動連接到地面。
通常，磁力計的相鄰管道會提供與地面的連接。通常也通過電源連接在變送器上接地。
重要的是，如果兩個接地都建立了，那么它們之間的阻抗必須非常低。如果這些接地連接之間的阻抗很高，則可能導(dǎo)致通過線圈屏蔽線的電流較大。
基本過程接地
建立過程區(qū)域是*重要的安裝細(xì)節(jié)之一。正確的過程接地可確保傳感器和流體的電位相同，從而僅測量感應(yīng)的流量信號。為什么這是必要的？為了回答這個問題，讓我們看一下排水口流量計傳感器和變送器如何電氣連接。
在典型的脈沖直流磁力計中，流量信號連接到差分放大器，該差分放大器與變送器外殼電氣隔離。接地過程為該差分放大器提供了穩(wěn)定的參考。
在大多數(shù)應(yīng)用中，*佳和*穩(wěn)定的參考是接地本身。通過將磁力計傳感器，流體和放大器的基準(zhǔn)連接到穩(wěn)定的無噪聲基準(zhǔn)點(diǎn)，可以確保用戶從其排水口流量計中獲得*佳性能。
圖1.傳感器和變送器之間的基本電氣連接
的接地裝置主要由在其上安裝了排水口流量計管的類型來確定。
導(dǎo)電無襯管，導(dǎo)電襯管和非導(dǎo)電管的推薦接地布置如圖2 -圖4所示。
接地環(huán)與接地電極
如前圖所示，當(dāng)靠近排水口流量計的管道不能提供良好的流體電連接時，需要接地環(huán)或接地電極。也就是說，管道內(nèi)襯或由非導(dǎo)電材料制成。
接地環(huán)或接地電極可提供與過程流體所需的電連接。接地電極是傳感器不可或缺的一部分，因此安裝更容易且成本更低，特別是在需要“外來”材料時。
接地環(huán)提供了更大的表面積與過程流體的連接，并限制了相鄰管道的電導(dǎo)率的影響，這對于晶圓式傳感器而言非常重要。因此，在以下情況下，建議在接地電極上使用接地環(huán)：
流體電導(dǎo)率小于100uS / cm
晶圓型傳感器安裝在非導(dǎo)電管道或襯里管道中
可能導(dǎo)致管道底部出現(xiàn)涂層或堆積的應(yīng)用
電解過程或陰極保護(hù)應(yīng)用
特殊應(yīng)用
電解工藝應(yīng)用
在典型的電解過程中，磁力儀用于測量進(jìn)料流體進(jìn)入電解槽的流量。將大的直流電流（1000安培或更高）饋入電解槽以驅(qū)動電解過程。產(chǎn)生的液體和氣體也可以通過其他流量計進(jìn)行監(jiān)控。
電解過程可能發(fā)生在一個反應(yīng)??器或非常多的電池中。在后一種情況下，每個單元都可以具有自己的排水口流量計，用于進(jìn)料流量測量。
無論采用哪種布置，存在的大電壓和電流都可能導(dǎo)致電流以意想不到的方式流動。這里感興趣的電流一般分為兩種：
電流流過磁力計
電流流經(jīng)接地組件
兩種類型的電流都可能出現(xiàn)在這些類型的典型應(yīng)用中。在*一種情況下，流過傳感器的流體中的電流會產(chǎn)生噪聲，該噪聲可能會干擾低電平流量信號。測試表明，該噪聲隨電流水平變化，并且具有容易干擾流量信號的成分。
結(jié)果通常不是流量測量不準(zhǔn)確，而是流量測量不穩(wěn)定，可能使控制變得困難或不可能。在這種情況下，接地環(huán)提供了一條路徑，可將排水口流量計中流體周圍的電流分流。
如果發(fā)生以下情況，則可能會流過接地組件：
一個系統(tǒng)中使用多個磁力儀；
他們有不同的潛力；
3.多個排水口流量計的接地組件綁在一個公共點(diǎn)上。*常見的公共點(diǎn)可能是通過接地的綠線。諸如此類的情況導(dǎo)致接地部件的高度腐蝕，甚至導(dǎo)致接地電極周圍的密封性喪失，甚至包括喪失密封性。此外，流經(jīng)接地組件的電流會產(chǎn)生噪聲，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的排水口流量計輸出。
電解工藝應(yīng)用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應(yīng)僅與過程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應(yīng)使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問題。如果沒有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠(yuǎn)程安裝。始終遵守所有適用的**和地方安全法規(guī)。
2.使用接地環(huán)或襯里保護(hù)器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過程暴露更多的表面；如果電流流動，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩(wěn)定的參考。使用兩個接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周圍的電流分流。
3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護(hù)器應(yīng)如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過電極附近的過程流體的電流*小化非常重要。
4.選擇37 Hz線圈驅(qū)動頻率：這些應(yīng)用中產(chǎn)生的噪聲通常具有1 / f特性；即，噪聲的幅度隨著頻率的增加而減小。由于該特性，在較高的線圈驅(qū)動頻率下噪聲較小，并且輸出更加穩(wěn)定。
陰極保護(hù)應(yīng)用
陰極保護(hù)是一種通過使金屬表面成為電化學(xué)電池中的陰極來限制金屬表面腐蝕的技術(shù)。另一塊更容易腐蝕的金屬成為電化學(xué)電池中的陽極。在長管道中，大的直流電流流過過程流體以驅(qū)動陰極保護(hù)。
在這些應(yīng)用中，只有陽極與大地接地非常重要。如果存在另一個接地點(diǎn)，它也可以為陰極保護(hù)系統(tǒng)提供陽極材料。因此，所有管道和儀器（包括排水口流量計）必須與地面隔離。
陰極保護(hù)應(yīng)用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應(yīng)僅與過程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應(yīng)使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問題。如果沒有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠(yuǎn)程安裝。始終遵守所有適用的**和地方安全法規(guī)。
2.使用接地環(huán)或襯里保護(hù)器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過程暴露更多的表面；如果電流流動，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩(wěn)定的參考。使用兩個接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周圍的電流分流。
3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護(hù)器應(yīng)如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過電極附近的過程流體的電流*小化非常重要。
4.特殊差分放大器：在某些安裝中，即使管道中有流量，變送器的輸出也可能被驅(qū)動為0。這是由于陰極保護(hù)系統(tǒng)的DC電壓干擾了變送器電極信號電路中標(biāo)準(zhǔn)差分放大器的工作而引起的。如果發(fā)生這種情況，則應(yīng)安裝具有特殊選件的新變送器，或?qū)⑵涮鎿Q為現(xiàn)有變送器。
結(jié)論：
排水口流量計的正確接地是*重要的安裝細(xì)節(jié)之一。已經(jīng)討論了典型應(yīng)用的接地布置，包括使用接地電極和接地環(huán)的建議。
在電解過程和陰極保護(hù)應(yīng)用中安裝排水口流量計時，需要使用不同的接地布置，而傳統(tǒng)的接地方法實(shí)際上會造成問題。
盡管本文為這些應(yīng)用程序提供了一般性建議，但每個應(yīng)用程序都是不同的。電解過程和陰極保護(hù)應(yīng)用可能會為所有設(shè)備（不僅是排水口流量計）帶來特殊的安全注意事項(xiàng)