電磁流量計的工作原理

電磁流量計的種類很多，應(yīng)用也很廣泛，在流量測量方面發(fā)揮著越來越重要的作用，而且其技術(shù)更新很快，不斷有新型的電磁流量計推向市場。只有把握電磁流量計發(fā)展方向，才能更好地了解它，應(yīng)用它，使它更好地服務(wù)于生產(chǎn)和計量工作。

    電磁流量計是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，E=KBdvE—為電極間的信號電壓（v）B—磁通密度（T）d—測量管內(nèi)徑（m）v—平均流速（m/s）式中k，d為常數(shù)，由于勵磁電流是恒流的，故B也是常數(shù)，則由E=KBdv可知，體積流量Q與信號電壓E-成正比，即流速感應(yīng)的信號電壓E與體積Q成線性關(guān)系。因此，只要測量出E就可確定流量Q，這是電磁流量計的基本工作原理。

電磁流量計的特點

    電磁流量計的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因不易阻塞適用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體。電磁流量計不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，節(jié)能*，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道zui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）變化明顯的影響。與其他大部分流量儀表相比，前置直管段要求較低。電磁流量計測量范圍度大，通常為20：1～50：1，可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5～10m/s內(nèi)選定。有些型號儀表可在現(xiàn)場根據(jù)需要擴大和縮小流量。電磁流量計的口徑范圍寬，從幾毫米到3m。可測正反雙向流量，也可測脈動流量，只要脈動頻率低于激磁頻率很多。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)用于腐蝕性流體。電磁流量計不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如有機溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。通用型電磁流量計由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體；有些型號儀表用于過低于室溫的液體，因測量管外凝露而破壞絕緣。

電磁流量計的分類

    市場上通用型產(chǎn)品和特殊型儀表可以從不同角度分類。如按激磁電流方式劃分，有直流激磁、交流（工頻或其他頻率）激磁、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波激磁。按輸出信號連線和激磁（或電源）連線的制式分類，有四線制和二線制。按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類，有分離型和一體型。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。按流量傳感器電極是否與被測液體接觸分類，有接觸型和非接觸型。按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類，有短管型和插入型。按用途分類，有通用型、防爆型、衛(wèi)生型、防侵水型和潛水型等。

  電磁流量計選型要點

　應(yīng)用概況

    電磁流量計應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。大口徑儀表較多應(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，如測量造紙工業(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，長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場所。

精度等級和功能

    市場上通用型電磁流量計的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡單。精度高的儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）R，精度低的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價格相差1～2倍。因此測量精度要求不很高的場所選用高精度儀表在經(jīng)濟上是不合算的。有些型號儀表聲稱有更高的度，基本誤差僅（±0.2%～±0.3%）R，但有嚴格的安裝要求和參比條件，例如環(huán)境溫度20～22℃，前后置直管段長度要求分別大于10D，3D（通常為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標準裝置上作實流校準，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，要詳細閱讀制造廠樣本或說明書做綜合分析。市場上電磁流量計的功能差別也很大，簡單的就只是測量單向流量，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、空管和電源切斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機通信和運動組態(tài)等。有些型號儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片（ASIC），以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場總線等。

流速、滿度流量、范圍度和口徑

    選儀表口徑不一定與管徑相同，應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟流速1.5～3m/s。流量計用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。電磁流量計滿度流量時液體流速可在1～10m/s范圍內(nèi)選用。上限流速在原理上是不受限制的，然而通常建議不超過5m/s，除非襯里材料能承受液流沖刷，實際應(yīng)用很少超過7m/s，超過10m/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為1m/s，有些型號儀表則為0.5m/s。有些工程運行初期流量偏低或在流速偏低的管系，從測量精度角度考慮，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2m/s，提高到3～4m/s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的流體，常用流速應(yīng)低于2～3m/s，以降低對襯里和電極的磨損。在測量接近閾值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s），因流速提高流動噪聲會增加，而出現(xiàn)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，帶有量程自動切換功能的儀表，可超過50～100。

液體電導(dǎo)率

    使用電磁流量計的前提是被測液體必須是導(dǎo)電的，不能低于閾值。電導(dǎo)率低于閾值會產(chǎn)生測量誤差直至不能使用，超過閾值即使變化也可以測量，示值誤差變化不大。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，制造廠使用說明書中通常規(guī)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。工業(yè)用水及其水溶液、酸、堿、鹽液等，使用都不存在問題。石油制品和有機溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低，認為不能使用，然而實際工作中會遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實例。對于水溶液，資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實驗室測得的，實際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比，電導(dǎo)率將比查得的要高，也有利于流量測量。實際應(yīng)用的液體電導(dǎo)率要比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少大一個數(shù)量級。

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，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，出現(xiàn)輸出晃動甚至不能正常工作。含有非鐵磁性顆粒或纖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、紙漿等實際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動，兩者之間有滑動，速度上有差別，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。在漿液內(nèi)有較大顆粒擦過電極表面，在頻率較低的矩形激磁的會產(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抑制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，因測量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化，會產(chǎn)生測量誤差。但在磁路中置有磁通檢測線圈補償?shù)模蓽p小混入鐵磁體的影響。對含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用，應(yīng)注意對傳感器襯里的磨損程度，測量管內(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，使管道磨損均勻，消除水平安裝下半部局部磨損嚴重的缺點。也可以在傳感器進口端加裝噴嘴形護套，相對延長使用期。

附著和沉淀

    測量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時，若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，信號電勢將被短路而不能工作，若是非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意電極的污染，譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。易產(chǎn)生附著的場所可提高流速以達到自清掃的目的，還可以采取較方便的易清洗的管道連接，可不拆卸清洗傳感器。非接觸型電極電磁流量計附著非導(dǎo)電膜層，儀表仍能工作，但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。