排水口流量計的基本原理與接地的重要性
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排水口流量計的對于準確，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(huì )產(chǎn)生噪聲信號，這些噪聲信號又可能會(huì )干擾當今現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)，襯里保護器）和排水口流量計標準接地說(shuō)明。
存在某些過(guò)程條件，用戶(hù)無(wú)法或不應該使用與相鄰管道和地面的傳統接地連接。這些流量測量應用在電解過(guò)程和陰極保護應用中經(jīng)常遇到。
在這種情況下，流過(guò)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(huì )損害磁力計的性能甚至可靠性。
這些應用通常會(huì )通過(guò)使用不導電或帶襯里的管道而變得更加復雜，并且可能會(huì )出現酸或腐蝕性流，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信息，請參閱標題為“特殊應用”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第電磁感應定律，該定律指出在通過(guò)磁場(chǎng)的導體中會(huì )感應出電壓。
法拉第定律：E = kBDV
感應電壓E的大小與導體V的速度，導體寬度D和磁場(chǎng)B的強度成正比。
次級（或發(fā)射器）將受控電流提供給線(xiàn)圈以產(chǎn)生磁場(chǎng)，并對信號進(jìn)行放大，濾波并將其轉換為用戶(hù)輸出，例如4 - 20 mA，頻率或數字通信信息（HART，FOUNDATION現場(chǎng)總線(xiàn)，Profibus）。
在現代的脈沖直流磁力計中，生??成的信號實(shí)際上很?。和ǔ槊棵朊坑⒊?00 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計者和用戶(hù)必須采取措施將噪聲降至最低并最大化噪聲抑制。這些步驟之一是正確接地系統。
接地/安全接地
為避免對操作人員造成危害，必須始終按照當地的電氣法規安裝電氣設備并進(jìn)行布線(xiàn)。對于交流供電設備，通常采取將設備外殼連接到地面的形式
通常是通過(guò)將接地的綠線(xiàn)連接到排水口流量計變送器接線(xiàn)區域中的接地片上來(lái)完成的。如果變送器一體安裝在傳感器上，則傳感器也會(huì )自動(dòng)連接到地面。
通常，磁力計的相鄰管道會(huì )提供與地面的連接。通常也通過(guò)電源連接在變送器上接地。
重要的是，如果兩個(gè)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，則可能導致通過(guò)線(xiàn)圈屏蔽線(xiàn)的電流較大。
基本過(guò)程接地
建立過(guò)程區域是最重要的安裝細節之一。正確的過(guò)程接地可確保傳感器和流體的電位相同，從而僅測量感應的流量信號。為什么這是必要的？為了回答這個(gè)問(wèn)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(guò)程為該差分放大器提供了穩定的參考。
在大多數應用中，最佳和最穩定的參考是接地本身。通過(guò)將磁力計傳感器，流體和放大器的基準連接到穩定的無(wú)噪聲基準點(diǎn)，可以確保用戶(hù)從其排水口流量計中獲得最佳性能。
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(lèi)型來(lái)確定。
導電無(wú)襯管，導電襯管和非導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，當靠近排水口流量計的管道不能提供良好的流體電連接時(shí)，需要接地環(huán)或接地電極。也就是說(shuō)，管道內襯或由非導電材料制成。
接地環(huán)或接地電極可提供與過(guò)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(lái)”材料時(shí)。
接地環(huán)提供了更大的表面積與過(guò)程流體的連接，并限制了相鄰管道的電導率的影響，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)：
流體電導率小于100uS / cm
晶圓型傳感器安裝在非導電管道或襯里管道中
可能導致管道底部出現涂層或堆積的應用
電解過(guò)程或陰極保護應用
特殊應用
電解工藝應用
在典型的電解過(guò)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）饋入電解槽以驅動(dòng)電解過(guò)程。產(chǎn)生的液體和氣體也可以通過(guò)其他流量計進(jìn)行監控。
電解過(guò)程可能發(fā)生在一個(gè)反應??器或非常多的電池中。在后一種情況下，每個(gè)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(wú)論采用哪種布置，存在的大電壓和電流都可能導致電流以意想不到的方式流動(dòng)。這里感興趣的電流一般分為兩種：
電流流過(guò)磁力計
電流流經(jīng)接地組件
兩種類(lèi)型的電流都可能出現在這些類(lèi)型的典型應用中。在第一種情況下，流過(guò)傳感器的流體中的電流會(huì )產(chǎn)生噪聲，該噪聲可能會(huì )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。
結果通常不是流量測量不準確，而是流量測量不穩定，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?chē)碾娏鞣至鳌?br /> 如果發(fā)生以下情況，則可能會(huì )流過(guò)接地組件：
一個(gè)系統中使用多個(gè)磁力儀；
他們有不同的潛力；
3.多個(gè)排水口流量計的接地組件綁在一個(gè)公共點(diǎn)上。最常見(jiàn)的公共點(diǎn)可能是通過(guò)接地的綠線(xiàn)。諸如此類(lèi)的情況導致接地部件的高度腐蝕，甚至導致接地電極周?chē)拿芊庑詥适?，甚至包括喪失密封性。此外，流?jīng)接地組件的電流會(huì )產(chǎn)生噪聲，從而導致不穩定的排水口流量計輸出。
電解工藝應用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應僅與過(guò)程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問(wèn)題。如果沒(méi)有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠程安裝。始終遵守所有適用的國家和地方安全法規。
2.使用接地環(huán)或襯里保護器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過(guò)程暴露更多的表面；如果電流流動(dòng)，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩定的參考。使用兩個(gè)接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周?chē)碾娏鞣至鳌?br /> 3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護器應如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個(gè)接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過(guò)電極附近的過(guò)程流體的電流最小化非常重要。
4.選擇37 Hz線(xiàn)圈驅動(dòng)頻率：這些應用中產(chǎn)生的噪聲通常具有1 / f特性；即，噪聲的幅度隨著(zhù)頻率的增加而減小。由于該特性，在較高的線(xiàn)圈驅動(dòng)頻率下噪聲較小，并且輸出更加穩定。
陰極保護應用
陰極保護是一種通過(guò)使金屬表面成為電化學(xué)電池中的陰極來(lái)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(yáng)極。在長(cháng)管道中，大的直流電流流過(guò)過(guò)程流體以驅動(dòng)陰極保護。
在這些應用中，只有陽(yáng)極與大地接地非常重要。如果存在另一個(gè)接地點(diǎn)，它也可以為陰極保護系統提供陽(yáng)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。
陰極保護應用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應僅與過(guò)程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問(wèn)題。如果沒(méi)有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠程安裝。始終遵守所有適用的國家和地方安全法規。
2.使用接地環(huán)或襯里保護器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過(guò)程暴露更多的表面；如果電流流動(dòng)，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩定的參考。使用兩個(gè)接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周?chē)碾娏鞣至鳌?br /> 3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護器應如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個(gè)接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過(guò)電極附近的過(guò)程流體的電流最小化非常重要。
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動(dòng)為0。這是由于陰極保護系統的DC電壓干擾了變送器電極信號電路中標準差分放大器的工作而引起的。如果發(fā)生這種情況，則應安裝具有特殊選件的新變送器，或將其替換為現有變送器。
結論：
排水口流量計的正確接地是最重要的安裝細節之一。已經(jīng)討論了典型應用的接地布置，包括使用接地電極和接地環(huán)的建議。
在電解過(guò)程和陰極保護應用中安裝排水口流量計時(shí)，需要使用不同的接地布置，而傳統的接地方法實(shí)際上會(huì )造成問(wèn)題。
盡管本文為這些應用程序提供了一般性建議，但每個(gè)應用程序都是不同的。電解過(guò)程和陰極保護應用可能會(huì )為所有設備（不僅是排水口流量計）帶來(lái)特殊的安全注意事項
存在某些過(guò)程條件，用戶(hù)無(wú)法或不應該使用與相鄰管道和地面的傳統接地連接。這些流量測量應用在電解過(guò)程和陰極保護應用中經(jīng)常遇到。
在這種情況下，流過(guò)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(huì )損害磁力計的性能甚至可靠性。
這些應用通常會(huì )通過(guò)使用不導電或帶襯里的管道而變得更加復雜，并且可能會(huì )出現酸或腐蝕性流，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信息，請參閱標題為“特殊應用”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第電磁感應定律，該定律指出在通過(guò)磁場(chǎng)的導體中會(huì )感應出電壓。
法拉第定律：E = kBDV
感應電壓E的大小與導體V的速度，導體寬度D和磁場(chǎng)B的強度成正比。
次級（或發(fā)射器）將受控電流提供給線(xiàn)圈以產(chǎn)生磁場(chǎng)，并對信號進(jìn)行放大，濾波并將其轉換為用戶(hù)輸出，例如4 - 20 mA，頻率或數字通信信息（HART，FOUNDATION現場(chǎng)總線(xiàn)，Profibus）。
在現代的脈沖直流磁力計中，生??成的信號實(shí)際上很?。和ǔ槊棵朊坑⒊?00 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計者和用戶(hù)必須采取措施將噪聲降至最低并最大化噪聲抑制。這些步驟之一是正確接地系統。
接地/安全接地
為避免對操作人員造成危害，必須始終按照當地的電氣法規安裝電氣設備并進(jìn)行布線(xiàn)。對于交流供電設備，通常采取將設備外殼連接到地面的形式
通常是通過(guò)將接地的綠線(xiàn)連接到排水口流量計變送器接線(xiàn)區域中的接地片上來(lái)完成的。如果變送器一體安裝在傳感器上，則傳感器也會(huì )自動(dòng)連接到地面。
通常，磁力計的相鄰管道會(huì )提供與地面的連接。通常也通過(guò)電源連接在變送器上接地。
重要的是，如果兩個(gè)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，則可能導致通過(guò)線(xiàn)圈屏蔽線(xiàn)的電流較大。
基本過(guò)程接地
建立過(guò)程區域是最重要的安裝細節之一。正確的過(guò)程接地可確保傳感器和流體的電位相同，從而僅測量感應的流量信號。為什么這是必要的？為了回答這個(gè)問(wèn)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(guò)程為該差分放大器提供了穩定的參考。
在大多數應用中，最佳和最穩定的參考是接地本身。通過(guò)將磁力計傳感器，流體和放大器的基準連接到穩定的無(wú)噪聲基準點(diǎn)，可以確保用戶(hù)從其排水口流量計中獲得最佳性能。
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(lèi)型來(lái)確定。
導電無(wú)襯管，導電襯管和非導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，當靠近排水口流量計的管道不能提供良好的流體電連接時(shí)，需要接地環(huán)或接地電極。也就是說(shuō)，管道內襯或由非導電材料制成。
接地環(huán)或接地電極可提供與過(guò)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(lái)”材料時(shí)。
接地環(huán)提供了更大的表面積與過(guò)程流體的連接，并限制了相鄰管道的電導率的影響，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)：
流體電導率小于100uS / cm
晶圓型傳感器安裝在非導電管道或襯里管道中
可能導致管道底部出現涂層或堆積的應用
電解過(guò)程或陰極保護應用
特殊應用
電解工藝應用
在典型的電解過(guò)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）饋入電解槽以驅動(dòng)電解過(guò)程。產(chǎn)生的液體和氣體也可以通過(guò)其他流量計進(jìn)行監控。
電解過(guò)程可能發(fā)生在一個(gè)反應??器或非常多的電池中。在后一種情況下，每個(gè)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(wú)論采用哪種布置，存在的大電壓和電流都可能導致電流以意想不到的方式流動(dòng)。這里感興趣的電流一般分為兩種：
電流流過(guò)磁力計
電流流經(jīng)接地組件
兩種類(lèi)型的電流都可能出現在這些類(lèi)型的典型應用中。在第一種情況下，流過(guò)傳感器的流體中的電流會(huì )產(chǎn)生噪聲，該噪聲可能會(huì )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。
結果通常不是流量測量不準確，而是流量測量不穩定，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?chē)碾娏鞣至鳌?br /> 如果發(fā)生以下情況，則可能會(huì )流過(guò)接地組件：
一個(gè)系統中使用多個(gè)磁力儀；
他們有不同的潛力；
3.多個(gè)排水口流量計的接地組件綁在一個(gè)公共點(diǎn)上。最常見(jiàn)的公共點(diǎn)可能是通過(guò)接地的綠線(xiàn)。諸如此類(lèi)的情況導致接地部件的高度腐蝕，甚至導致接地電極周?chē)拿芊庑詥适?，甚至包括喪失密封性。此外，流?jīng)接地組件的電流會(huì )產(chǎn)生噪聲，從而導致不穩定的排水口流量計輸出。
電解工藝應用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應僅與過(guò)程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問(wèn)題。如果沒(méi)有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠程安裝。始終遵守所有適用的國家和地方安全法規。
2.使用接地環(huán)或襯里保護器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過(guò)程暴露更多的表面；如果電流流動(dòng)，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩定的參考。使用兩個(gè)接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周?chē)碾娏鞣至鳌?br /> 3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護器應如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個(gè)接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過(guò)電極附近的過(guò)程流體的電流最小化非常重要。
4.選擇37 Hz線(xiàn)圈驅動(dòng)頻率：這些應用中產(chǎn)生的噪聲通常具有1 / f特性；即，噪聲的幅度隨著(zhù)頻率的增加而減小。由于該特性，在較高的線(xiàn)圈驅動(dòng)頻率下噪聲較小，并且輸出更加穩定。
陰極保護應用
陰極保護是一種通過(guò)使金屬表面成為電化學(xué)電池中的陰極來(lái)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(yáng)極。在長(cháng)管道中，大的直流電流流過(guò)過(guò)程流體以驅動(dòng)陰極保護。
在這些應用中，只有陽(yáng)極與大地接地非常重要。如果存在另一個(gè)接地點(diǎn)，它也可以為陰極保護系統提供陽(yáng)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。
陰極保護應用建議
1.與地面隔離：在這種情況下，排水口流量計應僅與過(guò)程電氣連接。由于排水口流量計未接地，因此應使用隔離的直流電源（約24 VDC），以避免安全問(wèn)題。如果沒(méi)有隔離的直流電源，則必須將變送器從傳感器遠程安裝。始終遵守所有適用的國家和地方安全法規。
2.使用接地環(huán)或襯里保護器，而不要使用接地電極：接地環(huán)使過(guò)程暴露更多的表面；如果電流流動(dòng)，將產(chǎn)生較少的噪聲，從而為放大器提供更穩定的參考。使用兩個(gè)接地環(huán)將提供一條路徑，以使排水口流量計中的流體周?chē)碾娏鞣至鳌?br /> 3.具體的連接：接地環(huán)或襯里保護器應如圖5所示進(jìn)行連接。將兩個(gè)接地環(huán)都連接到傳感器外殼上以使流過(guò)電極附近的過(guò)程流體的電流最小化非常重要。
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動(dòng)為0。這是由于陰極保護系統的DC電壓干擾了變送器電極信號電路中標準差分放大器的工作而引起的。如果發(fā)生這種情況，則應安裝具有特殊選件的新變送器，或將其替換為現有變送器。
結論：
排水口流量計的正確接地是最重要的安裝細節之一。已經(jīng)討論了典型應用的接地布置，包括使用接地電極和接地環(huán)的建議。
在電解過(guò)程和陰極保護應用中安裝排水口流量計時(shí)，需要使用不同的接地布置，而傳統的接地方法實(shí)際上會(huì )造成問(wèn)題。
盡管本文為這些應用程序提供了一般性建議，但每個(gè)應用程序都是不同的。電解過(guò)程和陰極保護應用可能會(huì )為所有設備（不僅是排水口流量計）帶來(lái)特殊的安全注意事項