電磁流量計(jì)的精確度原理及在井下如何做到精確定位策略

隨著中國(guó)的工業(yè)的日益發(fā)展，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)與控制的設(shè)備要求也不斷提高，目前在國(guó)內(nèi)的流量測(cè)量領(lǐng)域，智能電磁流量計(jì)的占有率不斷增加，因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)的精確度比其他的傳統(tǒng)型的流量計(jì)更精準(zhǔn)，適用范圍廣，所以電磁流量計(jì)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(lái)水廠的供水系統(tǒng)。中小口徑常用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所，如測(cè)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(qiáng)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(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)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(chǎng)所。

市場(chǎng)上通用型智能電磁流量計(jì)的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡(jiǎn)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(jià)格相差接近1一2倍。因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)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(chǎng)體就切割磁力線。

如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極(圖3—17)則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)：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(jiàn)，體積流量qv與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和測(cè)量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與其它物理參數(shù)無(wú)關(guān)．這就是電磁流量計(jì)的測(cè)量原理．需要說(shuō)明的是，要使式（3—37）

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

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

1．交流勵(lì)磁目前，工業(yè)上使用的智能電磁流量計(jì)，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵(lì)磁方式，即它的磁場(chǎng)是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是一個(gè)交變磁場(chǎng)．交變磁場(chǎng)變送器的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面的極化于擾．另外，由于磁場(chǎng)是交變的，所以輸出信號(hào)也是交變信號(hào)，放行比較，根據(jù)流量的增減來(lái)判斷井下管柱密封情況。若注水管柱有泄漏，超聲波流量計(jì)則流量的測(cè)量結(jié)果會(huì)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(huì)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(jì)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)全井流量與地面計(jì)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(jì)無(wú)法驗(yàn)證，下入電磁流量計(jì)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖3所示。圖3上10時(shí)40分到11時(shí)07分間的幾個(gè)流量臺(tái)階（從左到右）分別是在井下1000m、500m、100m測(cè)得的，除了500m處是全井流量值，其它與地面計(jì)量結(jié)果基本一致，說(shuō)明井下管柱基本不漏?！　?應(yīng)用中存在的幾個(gè)問(wèn)題及對(duì)策

2．直流勵(lì)磁直流勵(lì)磁方式用直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)或采用永久磁鐵，它能產(chǎn)生一個(gè)恒定的均勻磁場(chǎng)．這種直流勵(lì)磁變送器的最大優(yōu)點(diǎn)是受交流電磁場(chǎng)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(chǎng)易使通過(guò)測(cè)量管道的電解質(zhì)液體被極化，即電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電解，產(chǎn)生正負(fù)離子．在電場(chǎng)力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極．如圖3—18所示．這樣，將導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響電磁流量計(jì)的正常工作．所以，直流勵(lì)磁一般只用于測(cè)量非電解質(zhì)液體，如液態(tài)金屬等．圖3－18直流勵(lì)磁方式

電磁流量計(jì)的精確度應(yīng)用中主要存在以下幾點(diǎn)不足：精密壓力表　　
（1）管徑變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。通常應(yīng)用的智能電磁流量計(jì)是中心流速式的，儀器的標(biāo)定是在特制的管道中完成的，如果測(cè)量環(huán)境與標(biāo)定環(huán)境不同，就會(huì)出現(xiàn)測(cè)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(biāo)定，在內(nèi)徑為Ф59mm的涂料油管中測(cè)量時(shí)就會(huì)引入最大15.28%的誤差。這是系統(tǒng)誤差，因此在儀器測(cè)量過(guò)程中要搞清楚被測(cè)管道的內(nèi)徑，解釋資料時(shí)要扣除因管徑變化引起的測(cè)量誤差。大量實(shí)際測(cè)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(wèn)題。由于儀器本身沒(méi)有深度定位裝置，儀器下入深度的計(jì)量是靠絞車上的深度計(jì)數(shù)器來(lái)完成。深度計(jì)數(shù)器計(jì)量結(jié)果的精度不但與計(jì)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(cè)量結(jié)果就失去意義。因此，深度校正是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。　　　

（3）不能連續(xù)測(cè)量。流量計(jì)如果能連續(xù)測(cè)量管柱內(nèi)的流動(dòng)剖面，就能直觀地反映出整個(gè)井筒內(nèi)的吸水情況，這樣有利于測(cè)井資料的解釋。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺陷電磁流量計(jì)目前還不能完全實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量?！　⊥ㄟ^(guò)對(duì)井下存儲(chǔ)式電磁流量計(jì)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(kāi)發(fā)的分層測(cè)試要求，具有測(cè)試成功率高、資料準(zhǔn)確、使用方便等特點(diǎn)，資料應(yīng)用效果好。這種技術(shù)是取代浮子流量計(jì)進(jìn)行分層測(cè)試的理想技術(shù)。

（4）儀器的標(biāo)定問(wèn)題。儀器是用清水標(biāo)定的，若注入介質(zhì)改為污水或其它非清水介質(zhì)時(shí)會(huì)對(duì)測(cè)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(gè)問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，常常需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，且要保證標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。