電磁流量計工作原理及選型

電磁流量計工原理及型一電流計概電磁流量計（簡稱）是利用法第電磁感應(yīng)定律制成的一種丈量導(dǎo)電液體體積流量的儀表50年初電磁流量(EMF)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，70年后期泛起鍵控低頻矩形波激磁方式逐漸替換早期應(yīng)用工頻交流激磁方式表機能有了很大進步得更為廣泛的應(yīng)用。近年來，發(fā)展速度較快2005年球產(chǎn)量估計在萬臺以上。目前，大口徑電磁流量計較多應(yīng)用于給排水工程小口徑常用于固液雙相等難測流體或高要求場所丈量造紙產(chǎn)業(yè)紙漿液和黑液有色冶金業(yè)的礦漿煤廠的煤漿化產(chǎn)業(yè)的強侵蝕液以及鋼鐵產(chǎn)業(yè)高爐風口冷卻水控制和監(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。二測原電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進行流量測量的流量計?？蓽y流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為201以，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達，輸出信號和被測流量成線性精確度高可測量電導(dǎo)≥5μs/cm的堿溶液水污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量不能測量氣體蒸以及純凈水的流量。當導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運動時，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動的速度成正比理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：Ex=BDv－－－－－－－－－－－－－－－式1式（1）中Ex—應(yīng)電勢，VB—感應(yīng)強度D—道徑mv—體的平均流速，然而體積流量qv于流體的流速v管道截面積πD2）/4的積，將式（1代入該式得：πD/4B)*Ex－－－－－－－－式（2）由上式可知，在管道直徑D己且保持磁感強度B不時，被測體積流量與感應(yīng)電勢呈線性關(guān)系若管道兩側(cè)各入一根電極就引入感應(yīng)電勢Ex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電液體沿測量管軸線運動時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：E=B·V·D·K式中：E－感應(yīng)電勢；K與磁場分布及軸向長度有關(guān)的系數(shù)；B磁感應(yīng)強度；V導(dǎo)電液體平均流速；D－極距；（測量管內(nèi)直徑）傳感器將感應(yīng)電勢E作為流量信號傳送到轉(zhuǎn)換器經(jīng)大變?yōu)V波等信號處理后，用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器有4~20mA輸，報警輸出及頻率輸出，并設(shè)有RS－485通訊接口，并支持HART和協(xié)。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)強度為B的勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為D不導(dǎo)磁管道，當導(dǎo)電液體在管道中以流速v流時，導(dǎo)電流體就切割磁力.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：e=KBDv(3-36)式中，v為道截面上的平均流速k儀表常數(shù)。由此可得管道的體積流量為：qv=-37)由上式可見，體積流量qv感應(yīng)電動勢e和量管內(nèi)徑D成性系，與磁場的磁感應(yīng)強度B成比，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(3嚴格成立，必須使電磁流量計量條件滿足下列假定：①磁場是均勻分布的恒定磁場;被測流體的流速軸對稱分;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優(yōu)點優(yōu)點：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2011可選流量范圍寬。滿度值液體流速可.5～10m/s內(nèi)定。電磁流量計的口徑范圍比其他品種流量儀表寬毫米到3m測反雙向流量，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：電磁流量計不能丈量電導(dǎo)率很低的液體石制品和有機溶劑等能量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。通用型電磁流量計因為襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于200度上高溫度的液體；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。四分與用目前，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。）交流工頻勵磁型早期的電磁流量計用50Hz工市電勵磁，因為易受電磁干擾和零點漂移等原因，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為不能克服固體掠過電極表面產(chǎn)生的尖峰噪聲頻流勵磁的儀表則不存在這一缺點，所以海內(nèi)外尚有一些電磁流量計仍采用交流勵磁方式。低頻矩形波勵磁用低頻矩形波勵磁方式功耗小點亂是目前電磁流量的主要勵磁方式。其波形有“正—負”二值和“正—零—負—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。雙頻勵磁型勵磁流的波形是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波要克服二值矩形波勵磁存在的漿液噪聲和活動噪聲，進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電流量計的主要型式感器安裝在暢通流暢管道上轉(zhuǎn)換器裝在表室內(nèi)或易于安裝和操縱的傳感器四周隔般為數(shù)十到數(shù)百米好是轉(zhuǎn)換器可闊別現(xiàn)場惡劣環(huán)境前提，電子器件的檢查、調(diào)整和丈量參數(shù)的比較利便。一體型傳器轉(zhuǎn)換器組裝在一起在藝管道上直接輸出反映流量大小的電流（或頻率尺度信號好是短了傳感器和轉(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法蘭連接法蘭夾裝連接衛(wèi)型連接和螺紋連接。．按用途分類）通用型用冶、石化、造紙、輕紡、給排水、污水處理以及醫(yī)藥、食物、生物和精細化工等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的一般電磁流量計電磁流量計的主要類型被介質(zhì)的電導(dǎo)率有一范圍要求，一般不能超過其上下限范圍。爆用有爆炸性氣氛的場所勵磁電流能量較大前是以隔爆型為主近年來國外已泛起本質(zhì)安全型安全火花型電磁流量計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、食口和生物化學等產(chǎn)業(yè)的電磁流量計定來菌便拆卸清洗等方面要符合有關(guān)衛(wèi)生的要求。防浸水型用安裝在地面下的感器，可承受短時間的水浸沒。潛水型用丈量明渠或非滿管暗渠自由水面自由流時的流量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。插入型用大管徑的電磁流量傳感器感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)。五選應(yīng)、精度等級和功能市場上通用型電磁流量計的機能有較大差別些精度高、功能多，有些精度低簡樸精度高的儀表基本誤差（±～±1%精度低的儀表則1.5%）FS，兩者價格相差1倍有些型號儀表聲稱有更高的精確度，基本誤差僅（～±R但有嚴格的安裝要乞降參比前提，例如環(huán)境溫度～22，前后置直管段長度要求分別大于（常為5D,2D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流校準，以減少夾裝不善的影響此在多種型號選擇比較時不要單純只看高指標具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別也很大樸的就只是丈量單向流量輸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、與上位機通訊和運動組態(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HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、、FF現(xiàn)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。EMF滿度流量時液體流速可在1～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，除非襯里材料能承受液流沖洗，實際用很少超過7m/s，超過則為罕見。滿流量的流速下限一般為，些型號儀表則為0.5m/s有些新建工程運行初期流量偏低或在流偏低的管系，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2m/s，最好進步到～或以上，起到自清掃、防止粘附沉積等作用礦等磨耗性強的流體常流速應(yīng)低于～以降低對襯里和電極的磨損在丈量接近閾值的電導(dǎo)液體盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s），因流速進步活動噪會增加，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20，有量程自動切換功能的儀表，可超過50100。海內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到然際應(yīng)用仍是以中小口徑居多但與大部門其他原理流量儀如容積式輪式街式或科里奧利質(zhì)量式等擬，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閾值即使變化也可以丈量誤變化不大，通用型的閾值在～（×10-6S/cm之，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5×10-8S/cm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～10-1S/cm之間，使用不存在題目，低度蒸餾水為10-5S/cm也存在題目。石油制品有機溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用列若干液體的電導(dǎo)率料查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低，以為不能使用而實際工作中會碰到因含有雜質(zhì)而能使用的實例類質(zhì)對增加電導(dǎo)率有利對水溶液資料中的電率是用純水配比在實驗室測得的際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℃的電導(dǎo)率液體名稱

電導(dǎo)率

液體名稱電率液名稱電率石油（3～5）×10-13丙酮（2～6）×純水，高度蒸餾水×10-8苯甲醇

7.6～×

液氨

×飲用水≈10-4海水≈×硫酸5%）×10-1）～（×）氨水（～）（×）～（2×10-4氫氧化鈉（4%～50%×）×10-2食鹽水（）2×、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測的是含氣泡體積的混合體積流量氣體含量增加到形成（）狀流因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時斷開輸晃動甚至不能正常工作有鐵磁性?；蚶w維的固液雙相流體同樣可測得二相的體積流量體含量較高的流體如井泥漿鉆探固井水泥漿、紙漿等實際上已屬非牛頓流體。因為固體在載體液中一起活動兩之有滑動速上有差別單相液體校驗的儀表用于固液雙相流體會產(chǎn)生附加誤差。固然還未見到應(yīng)于液雙相流體中固形物響的系統(tǒng)實驗講演，但國外有講演稱固形物含量有時誤差在范圍以內(nèi)；我國黃河利委員會水利科學研究所的實驗講演稱丈量沙含量水的流量含沙量體積比17%～（中值粒徑），儀表丈量誤差小于。在漿液內(nèi)有較大顆粒掠過電極表面率低的矩形激磁的電磁流量計中會產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲量號不穩(wěn)選用較高頻率的儀表或有較強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EMF丈管內(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償?shù)腅MF可減小混入鐵磁體的影響。對含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用留意對傳感器襯里的磨損程度量內(nèi)徑擴大會產(chǎn)生附加誤差這種場合應(yīng)選用耐磨性較的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里時議傳感器安裝在垂直管道上使道磨損平均消除水平安裝下半部局部磨損嚴峻的缺點可以在傳感器入口端加裝噴嘴形護套，相對