電磁流量計理論教程及選型(雜項)

1、電磁流量計工作原理及選型、電磁流量計的概念電磁流量計（簡稱）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種丈量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。年代初電磁流量計（）實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，年代后期泛起鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替換早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表機(jī)能有了很大進(jìn)步，得到更為廣泛的應(yīng)用。近年來，發(fā)展速度較快，年全球產(chǎn)量估計在萬臺以上。目前，大口徑電磁流量計較多應(yīng)用于給排水工程，中小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所。如丈量造紙產(chǎn)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)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)侵蝕液以及鋼鐵產(chǎn)業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長間隔管道煤的水力輸送的流量丈量和控制。小口徑、微小口徑電磁流量計則常用

2、于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、食物產(chǎn)業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場所。二、測量原理電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測量的流量計。可測流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為：以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá)，輸出信號和被測流量成線性，精確度較高，可測量電導(dǎo)率出勺酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。當(dāng)導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與導(dǎo)體在磁場中的有效長度及導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁場方向運(yùn)動的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁感應(yīng)力線時，也會在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電

3、勢。感應(yīng)電勢的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢的大小由下式確定：式（）式（）中一感應(yīng)電勢，。一磁感應(yīng)強(qiáng)度，管道內(nèi)徑，液體的平均流速，然而體積流量等于流體的流速與管道截面積（n2的乘積，將式（）代入該式得：（n）*式（）由上式可知，在管道直徑己定且保持磁感應(yīng)強(qiáng)度不變時，被測體積流量與感應(yīng)電勢呈線性關(guān)系。若在管道兩側(cè)各插入一根電極，就可引入感應(yīng)電勢，測量此電勢的大小，就可求得體積流量。據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在與測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測量管軸線運(yùn)動時，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此感應(yīng)電勢由兩個檢測電極檢出，數(shù)值大小與流速成正比例，其值為：式中：一感應(yīng)電勢。

4、-與磁場分布及軸向長度有關(guān)的系數(shù)。磁感應(yīng)強(qiáng)度。-導(dǎo)電液體平均流速。電極間距。(測量管內(nèi)直徑)傳感器將感應(yīng)電勢作為流量信號，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大，變換濾波等信號處理后，用帶背光的點(diǎn)陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器有輸出，報警輸出及頻率輸出，并設(shè)有-等通訊接口，并支持和協(xié)議。注：不同電磁流量計參數(shù)略有差異，使用時請務(wù)必查看說明書。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速流動時，導(dǎo)電流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，兩電極之間產(chǎn)生感生電動勢：()

5、式中，為管道截面上的平均流速，為儀表常數(shù)。由此可得管道的體積流量為：n()由上式可見，體積流量與感應(yīng)電動勢和測量管內(nèi)徑成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成反比，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(一)嚴(yán)格成立，必須使電磁流量計測量條件滿足下列假定：磁場是均勻分布的恒定磁場；被測流體的流速軸對稱分布；被測液體是非磁性的；被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性三、機(jī)能優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：、電磁流量計的丈量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因不易梗阻，適用于丈量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。、電磁流量計不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力

6、僅是統(tǒng)一長度管道的沿程阻力，節(jié)能效果明顯，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。、電磁流量計所測得的體積流量，實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率（只要在某閾值以上）變化顯著的影響。、與其他大部分流量儀表比擬，前置直管段要求較低。、丈量范圍度大，通常為：，可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在內(nèi)選定。、電磁流量計的口徑范圍比其他品種流量儀表寬，從幾毫米到?？蓽y正反雙向流量，也可測脈動流量，只要脈動頻率低于激磁頻率良多。儀表輸出本質(zhì)上是線性的。、易于選擇與流體接觸件的材料品種，可應(yīng)用于侵蝕性流體。缺點(diǎn)：、電磁流量計不能丈量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能丈量氣體、蒸汽和含

7、有較多較大氣泡的液體。、通用型電磁流量計因?yàn)橐r里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于度以上高溫度的液體。同時不能用于溫度過低的介質(zhì)，因丈量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。四、分類與應(yīng)用目前，電磁流量計已發(fā)展成多種類型，分類方法也有良多種：按勵磁方式分類）直流勵磁型這種電磁流量計數(shù)目很少，只用于丈量液態(tài)金屬流量，如常溫下的汞和高溫下的液態(tài)鈉、鉀等。）交流工頻勵磁型較早期的電磁流量計用工頻市電勵磁，因?yàn)橐资茈姶鸥蓴_和零點(diǎn)漂移等原因，現(xiàn)已逐漸被低頻矩形勵磁所代替。但在丈量泥漿、礦漿等液固兩相流時，低頻矩形波勵磁方式因?yàn)椴荒芸朔腆w掠過電極表面產(chǎn)生的尖峰噪聲，而工頻交流勵磁的儀表則不存在這一缺點(diǎn)，所以海內(nèi)外尚

8、有一些電磁流量計仍采用交流勵磁方式。）低頻矩形波勵磁型用于低頻矩形波勵磁方式功耗小，零點(diǎn)不亂，是目前電磁流量計的主要勵磁方式。其波形有“正負(fù)”二值和“正零負(fù)零”三值兩種。有的電磁流量計勵磁頻率可以由用戶設(shè)定，一般小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表用較低頻率。）雙頻勵磁型勵磁電流的波形是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波，主要為克服二值矩形波勵磁存在的漿液噪聲和活動噪聲，進(jìn)步儀表的不亂性和響應(yīng)特性。按傳感器和轉(zhuǎn)換器的組成分類）分離型這是電磁流量計的主要型式。傳感器安裝在暢通流暢管道上，轉(zhuǎn)換器裝在儀表室內(nèi)或易于安裝和操縱的傳感器四周，間隔一般為數(shù)十到數(shù)百米。其好處是轉(zhuǎn)換器可闊別現(xiàn)場惡劣環(huán)境前提，電子器件的

9、檢查、調(diào)整和丈量參數(shù)的比較利便。）一體型傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起，裝在工藝管道上直接輸出反映流量大小的電流（或頻率）尺度信號。其好處是縮短了傳感器和轉(zhuǎn)換器之間的流量信號線和勵磁線的連接長度，沒有外界的這類布線，因此電器接線簡樸，價格也比較便宜。但易受管道布置的限制，假如安裝在人們不易接近的場所，維護(hù)很不利便。此外，轉(zhuǎn)換器中的電子器件裝在管道上，易受液體溫度和管道振動的影響。按連接方式分類按流量傳感器與管道連接方法分類，有法蘭連接、法蘭夾裝連接、衛(wèi)生型連接和螺紋連接。按用途分類）通用型用于冶金、石化、造紙、輕紡、給排水、污水處理以及醫(yī)藥、食物、生物和精細(xì)化工等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的一般電磁流量計，是電磁流

10、量計的主要類型。對被測介質(zhì)的電導(dǎo)率有一范圍要求，一般不能超過其上下限范圍。）防爆型用于有爆炸性氣氛的場所。因?yàn)閯畲烹娏髂芰枯^大，目前仍是以隔爆型為主。近年來國外已泛起本質(zhì)安全型，即安全火花型電磁流量計，勵磁功率大幅度降低，可以做成一體型，全部裝在危險區(qū)域內(nèi)工作。）衛(wèi)生型用于醫(yī)藥、食口和生物化學(xué)等產(chǎn)業(yè)的電磁流量計，在定時來菌、便于拆卸清洗等方面要符合有關(guān)衛(wèi)生的要求。）防浸水型用于安裝在地面下的傳感器，可承受短時間的水浸沒。）潛水型用于丈量明渠或非滿管暗渠自由水面自由流時的流量。傳感器在明渠截流擋板下部，長期浸在水下工作。結(jié)構(gòu)和使用上都有別于一般電磁流量計。）插入型用于大管徑的電磁流量傳感器。傳感

11、器從管道開孔中徑向插入，以丈量局部流速推算流量，精確度較低，但價格便宜，合用于控制系統(tǒng)。五、選型應(yīng)用、精度等級和功能市場上通用型電磁流量計的機(jī)能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡樸。精度高的儀表基本誤差為（土土），精度低的儀表則為（土土），兩者價格相差倍。有些型號儀表聲稱有更高的精確度，基本誤差僅（），但有嚴(yán)格的安裝要乞降參比前提，例如環(huán)境溫度C,前后置直管段長度要求分別大于（通常為）甚至提出流量傳感器要與前后置直管組成一體在流量尺度裝置上作實(shí)流校準(zhǔn)，以減少夾裝不善的影響。因此在多種型號選擇比較時不要單純只看高指標(biāo)，要具體閱讀制造廠樣本或仿單做綜合分析。市場上電磁流量計的功能差

12、別也很大，簡樸的就只是丈量單向流量，只輸出模擬信號帶動后位儀表。多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源堵截報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機(jī)通訊和運(yùn)動組態(tài)等。有些型號儀表的串行數(shù)字通訊功能可選多種通訊接口和專用芯片（），以連接協(xié)議系統(tǒng)、現(xiàn)場總線等。、流速、滿度流量、范圍度和口徑選定儀表口徑不一定與管徑相同，應(yīng)視流量而定。流程產(chǎn)業(yè)輸送水等粘度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速。電磁流量計用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。滿度流量時液體流速可在范圍內(nèi)選用，范圍是比較寬的。上限流速在原理上是不受限制的，然而通常建議不超過，除非襯里材料能

13、承受液流沖洗，實(shí)際應(yīng)用很少超過，超過則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為，有些型號儀表則為。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系，從丈量精度角度考慮，儀表口徑應(yīng)改用小于管徑，以異徑管連接之。用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體，選用流速不低于，最好進(jìn)步到或以上，起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于，以降低對襯里和電極的磨損。在丈量接近閾值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（小于），因流速進(jìn)步活動噪聲會增加，而泛起輸出晃動現(xiàn)象。電磁流量計的范圍度是比較大的，通常不低于，帶有量程自動切換功能的儀表，可超過。海內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從到，隨然實(shí)際應(yīng)用仍

14、是以中小口徑居多，但與大部門其他原理流量儀表（如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等）比擬，大口徑儀表據(jù)有較大比重。、液體電導(dǎo)率使用電磁流量計的條件是被測液體必需是導(dǎo)電的，不能低于閾值（即下限值）。電導(dǎo)率低于閾值會產(chǎn)生丈量誤差直至不能使用，超過閾值即使變化也可以丈量，示值誤差變化不大，通用型的閾值在（X）之間，視型號而異。使用時還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號線長度及其分布電容，制造廠使用仿單中通常劃定電導(dǎo)率相對應(yīng)的信號線長度。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測電導(dǎo)率低至X的液體。產(chǎn)業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于，酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在之間，使用不存在題目，低度蒸餾水為也不存在題目。石油制

15、品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用。表列出若干液體的電導(dǎo)率。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低，以為不能使用，然而實(shí)際工作中會碰到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例，這類雜質(zhì)對增加電導(dǎo)率有利。對于水溶液，資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實(shí)驗(yàn)室測得的，實(shí)際使用的水溶液可能用產(chǎn)業(yè)用水配比，電導(dǎo)率將比查得的要高，也有利于流量丈量。表中是若干液體在C時的電導(dǎo)率液體名稱電導(dǎo)率液體名稱電導(dǎo)率液體名稱電導(dǎo)率TOCo1-5hz石油（）X丙酮（）X純水，高度蒸餾水X苯X液氨X甲醇（）X飲用水海水X硫酸（）（X）（X）氨水（）（X）（X）氫氧化鈉（）（X）（X）食鹽水（）X、液體中含有混入物混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作

16、，但測得的是含氣泡體積的混合體積流量。如氣體含量增加到形成彈（塊）狀流，因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時斷開，泛起輸出晃動甚至不能正常工作。含有非鐵磁性顆?；蚶w維的固液雙相流體同樣可測得二相的體積流量。固體含量較高的流體，如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。因?yàn)楣腆w在載體液中一起活動，兩者之間有滑動，速度上有差別，單相液體校驗(yàn)的儀表用于固液雙相流思想到產(chǎn)生附加誤差。固然還未見到應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講演，但國外有講演稱固形物含量有時誤差在范圍以內(nèi)。我國黃河水利委員會水利科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)講演稱，丈量高沙含量水的流量，含沙量體積比（沙中值粒徑），儀表丈量誤差小于

17、。在漿液內(nèi)有較大顆粒掠過電極表面，在頻率較低的矩形激磁的電磁流量計中會產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲，使流量信號不穩(wěn)，就要選用較高頻率的儀表或有較強(qiáng)按捺漿液噪聲能力的儀表，也可選用市電交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。含有鐵磁性物質(zhì)的流體對通常的，因丈量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化，會產(chǎn)生丈量誤差。但在磁路中置有磁通檢測線圈補(bǔ)償?shù)?，可減小混入鐵磁體的影響。對含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用，應(yīng)留意對傳感器襯里的磨損程度，丈量管內(nèi)徑擴(kuò)大會產(chǎn)生附加誤差。這種場合應(yīng)選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里，同時建議傳感器安裝在垂直管道上，使管道磨損平均，消除水平安裝下半部局部磨損嚴(yán)峻的缺點(diǎn)。也可以在傳感器入口端加裝噴嘴形護(hù)套，相對延長使用期。、附著和沉淀丈量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體