電（diàn）磁流量傳感器的主要構成和分類

電磁流量計在結構上一般由電磁流量（liàng）傳感器和電磁流量轉換器兩部分組成，如圖7-1所示。一般情況下，傳感器和轉換器是（shì）分體的，傳感器安裝在（zài）生產過程工（gōng）藝管道上感受流量信號；轉換器將（jiāng）傳感器送（sòng）來的流量信號進行放大（dà），並（bìng）轉換（huàn）成標準電（diàn）信號，以便進行（háng）顯示、記錄、積算和調節控製。也有的電磁流量計將轉換器和傳感器裝（zhuāng）在一起，組成一體型電磁流量計，可就地顯示和遠傳顯示（shì）和控製。

電磁（cí）流量傳感器

電磁流量傳感（gǎn）器主（zhǔ）要由測量管組件、磁路係（xì）統、電*及幹擾調整機構等部分組（zǔ）成。為了使傳感器穩定可靠地工作，準確地感受流（liú）量信（xìn）號，傳（chuán）感器應滿足如下要（yào）求。

1）能提供一（yī）個足夠大的且與流量成（chéng）正比的（de）電（diàn）勢信（xìn）號（hào）；

2）能把幹擾信號抑製到*小程度，使信噪比足夠大；

3）能適應惡劣環境（jìng）條件，工作可靠。

1、測（cè）量（liàng）管組件

測量管位於傳感器中心，兩端帶有連接法（fǎ）蘭或其他形式的連接裝置，被測（cè）流體通過測量（liàng）管（guǎn）。

為了讓磁力（lì）線能順利地（dì）穿過測量管進入（rù）被（bèi）測介質，*先，測量管必須由非導磁材（cái）料製成；其次，為了減小電渦流，測量管一般應選用高阻抗材料，在滿（mǎn）足強度要求的前提下，管壁應盡量薄；*三，為了防止電*上的流量信號被金屬管壁所短路，所以在測量管內側應（yīng）有一（yī）完整的絕緣襯裏。襯裏材料（liào）應根據被測介（jiè）質（zhì），選擇有耐腐蝕，耐磨損，耐（nài）高溫等性能的材料，如聚（jù）四氟乙烯、耐酸橡膠等。

所以，測量（liàng）管組件就是一根內部襯（chèn）有絕緣材料的高（gāo）阻抗非磁性材料製成的直（zhí）管段。

常用絕緣內（nèi）襯材料性能（néng）及適用範（fàn）圍：

1.名稱：聚三（sān）氟乙烯

  性能：化學性能（néng）穩定，僅次於聚四（sì）氟乙烯，但耐磨性能差（chà）

  *高工作溫度/℃：100℃

  適用液體：水、酸溶液

 

2.名稱（chēng）：聚四氟乙烯（F-4）

  性能（néng）：化學（xué）性能很（hěn）穩定，但粘結性能（néng）差，與金屬測量管很難粘接，耐磨性能也不好

  *高工作溫（wēn）度/℃：250℃

  適用液體：腐蝕性強的濃酸、堿、鹽溶（róng）液

 

3.名稱：四氟乙烯和六氟丙烯（F-46）

  性（xìng）能：化學耐腐性略（luè）遜於F-4，但與金屬測量管有較強接合力，可用於負壓

  適用（yòng）液體：腐蝕性酸（suān）、堿、鹽溶液

 

4.名稱：四氟乙烯和乙烯（F-40）

  性能：化學耐腐性略遜（xùn）於F-4，但與金屬測量管有較強接（jiē）合力（lì），可用於負壓

  適用液體：腐蝕性酸、堿、鹽溶液

 

5.名稱（chēng）：聚氨酯橡膠

  性能：耐（nài）磨性能好，但耐酸堿性能差

  *高工作溫度/℃：70℃

  適用液體：水泥漿、紙（zhǐ）漿類液體

 

6.名稱：氯丁橡膠

  性能：彈性好，耐磨、耐腐蝕（shí），抗（kàng）衝擊性能好，成本也比（bǐ）較低

  *高工作（zuò）溫度/℃：70℃

  適用液體：水泥漿（jiāng）、礦漿、稀酸流體

 

7.名稱：耐酸搪（táng）瓷

  性能：耐除氫氟酸、磷（lín）酸以外（wài）的其它酸類（lèi）和溶劑，有一定耐堿（jiǎn）性，抗衝擊性差

  *高工作溫度/℃：180℃

  適（shì）用液體（tǐ）：一般（bān）酸、堿、腐蝕（shí）性液體

 

8.名稱：陶瓷

  性能：有*好的耐磨性，且有很好的耐各種（zhǒng）強酸、強堿的腐蝕性（xìng），但性脆易碎，應防溫度劇變

  *高（gāo）工（gōng）作溫度/℃：180℃

  適用液體：具有腐蝕性的（de）礦漿（jiāng）

 

9.名稱：耐酸橡膠

  性能：耐60℃以下任何濃度的鹽酸、草酸、磷（lín）酸及（jí）50%的（de）硫酸、NaOH、KOH等，但忌強氧化劑（jì）

  *高工作溫度/℃：60℃

  適用液體：一般酸、堿、鹽水溶液

 

2、磁路係統

磁（cí）路係統主（zhǔ）要包括勵（lì）磁繞組和鐵心，用以（yǐ）產生勵磁方（fāng）式所規定波形的磁場。一般工（gōng）業用電磁流量計的磁場大都用電磁鐵產生，磁場電源由轉換器提供。產生（shēng）磁場的勵磁繞（rào）組和鐵心（xīn）、磁軛（è）的結構（gòu）形式根據測（cè）量管口徑的不同，一般有以下三種常用結構形式。

（1）變壓器鐵心式（shì）

測量管口徑（jìng）小於10mm的傳（chuán）感器一般采用這種結構（gòu），如圖7-7所示。

這種結構通過測（cè）量管的磁通較大，在同樣的流速下可得到較大（dà）的感（gǎn）應電勢。當口徑較（jiào）大時，由於兩電*間的距（jù）離較大，空間間隙也較大，漏磁磁通將明顯增加，電幹擾較嚴重，使儀表工作不夠穩定。而且大口徑管道采用變壓器鐵心式時，傳感器的體積和重量（liàng）都將大大增加，製造和維護都有一定困難（nán）。

（2）集中繞組式

集（jí）中繞組式一般用於（yú）口徑在10mm到100mm的電磁流量傳感器。這（zhè）種方式（shì）的勵磁繞組被製成兩隻無骨架的馬鞍形線圈，分別（bié）安裝在測量（liàng）管的上下兩側。外圍加（jiā）一層用0.3～0.4mm厚的矽鋼片製（zhì）成的磁軛。為了保證磁場（chǎng）均勻（yún），在勵磁繞（rào）組中間加了一對*靴，如圖7-8所（suǒ）示。

（3）分段繞組式

當傳感器口徑大於100mm時（shí），一般采用分段繞組式，如圖7-9所示。馬鞍形的勵磁線圈按餘弦分布規律繞製，靠近電（diàn）*部分的線圈（quān）繞得密一些（xiē），遠離電*部分的線圈繞得稀一些，以得到均勻磁場。線圈外加（jiā）一層磁軛，但無需（xū）*靴。按此分段繞製的鞍形勵磁線圈放在測量管上下兩側，使磁感應密度（dù）與管道橫截麵平行，以保證（zhèng）測量的準確度。

分（fèn）段繞組式勵磁係統可（kě）以減小流量計體積，保證磁場均勻，所以已被普遍采用。

3、電*

傳感器的電*安裝在（zài）與磁場垂直的測量管（guǎn）兩側管壁（bì）上，它（tā）的作用是把被測介質切割磁力線所產生（shēng）的電勢信號（流量信（xìn）號）引出，因此電*一般（bān）需直接與被測介（jiè）質接觸，其典型結構如圖7-10所示。

特殊（shū）情況（kuàng）下，為（wéi）避免電*汙染，可采用電容檢測型電磁流量計，將電（diàn）*置於測量管襯（chèn）裏外，不與流體介（jiè）質直接接觸，所以有時也稱其（qí）為無電*電磁流量計。

無電*電磁流量計可用來測量電導率很低的（5×10-8S/cm）液體（tǐ）、漿（jiāng）液、渣液、泥漿等的流量。其（qí）電容（róng）電*處於測量管襯裏背後，不與被測（cè）流（liú）體接（jiē）觸（chù）。每個電*板和與其相對的測量管內壁形成一個電容，在該內壁（bì）上存在信號（hào）電位。流量計襯裏材料正好是兩個*板電（diàn）容器的電介質。與流量成正比的（de）測量（liàng）信號被送到與此兩個電容器相連的前置放大器進行放大處理，輸出流量值。

電*材料按被測介質的腐蝕性而決定，但必須（xū）是非（fēi）磁性導電材料。目前比（bǐ）較常用的是耐酸不鏽鋼材料（1Cr18Ni9Ti）、含鉬不鏽鋼（1Cr18Ni12Mo2Ti），用於（yú）一般工（gōng）業用水（shuǐ）、廢水（shuǐ）汙水流量計和弱腐蝕性酸堿鹽液體，價格也較低；哈氏合金（耐酸鎳基合金）B可用於鹽酸及其它非氧化性酸和非氧化性（xìng）鹽液體；哈氏合金C可用於氧化性酸和氧化（huà）性鹽液及氧化（huà）劑。也可選（xuǎn）用（yòng）鈦、鉭、鉑銥合金等（děng）作為電*材（cái）料，這些貴金（jīn）屬有較好的耐腐蝕性。鈦能耐海水、各種氯化物，次氯酸鹽（yán）、氧化性酸等，但不耐還原性（xìng）酸；鉭有和（hé）玻璃（lí）相似的耐（nài）腐蝕性，除氫氟（fú）酸、發（fā）煙磷酸、堿外，能耐化學（xué）介質的（de）麵很廣；鉑銥合金對各種酸（suān）、堿、鹽液（yè）有很好（hǎo）的耐腐蝕性，但也有一些不（bú）耐腐蝕的化學介質，使用時應注意。貴（guì）金屬電（diàn）*價格（gé）昂貴，尤其以鉑銥合金為*。

近幾年人們又（yòu）提（tí）出平衡（héng）電*平麵（BEP）的概念，這是用於電磁流量計的*新**技術。所謂BEP是Balanced Electrode Plane的縮寫，在BEP設計中，有兩（liǎng）個位於同一平麵內的接地（dì）電*，它（tā）們與檢測電（diàn）*成（chéng）90°角（如圖（tú）7-11所示）。

勵磁線圈的幾何形狀產生一個均勻的磁場（chǎng），它垂直於管道在檢測電（diàn）*平麵內的主徑。這樣做有幾個好處，*先，消除（chú）了外部接地環；其次，整個測量平均速（sù）度的過程都被限製（zhì）在平衡電*平麵之內進行；*三，電（diàn）氣噪音幹擾被完全消除。由於磁場是均勻的，液體又是在它流過平衡（héng）電*平麵的（de）瞬時被測量的，因此，BEP能提供（gòng）更加精準的測量結果。

4、幹擾調整（zhěng）機構

對於正弦波勵磁的電磁流量計，傳感器應有幹擾調整（zhěng）機構。它（tā）實際上是一個“變壓器調零”裝置（zhì），可以抑製由於“變壓器效應（yīng）”而產生的正交幹擾。

常用電*材料及使用範圍

1.電*材料：耐（nài）酸（suān）不鏽鋼材料（1Cr18Ni9Ti）、含鉬不鏽（xiù）鋼（1Cr18Ni12Mo2Ti）（相當於316L）

  特點及使用範圍（wéi）：主要用於生活工業用水、原（yuán）水、下水（shuǐ）、廢汙水、稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸、堿、鹽液體（tǐ）

 

2.電*材料：哈氏合金B

  特點及使用範圍：適用於低濃度（dù）鹽酸等非氧化性酸和非（fēi）氧化性鹽液（yè），硝酸等氧化性酸不適用

 

3.電*材料：哈氏（shì）合金C

  特點及使用範圍：適用於常溫硝酸（suān）、其他氧（yǎng）化性酸、氧化性鹽液等（děng），鹽酸等，還（hái）原性酸和氯化物不適用

 

4.電*材料（liào）：鈦

  特點及使用範圍：耐腐蝕性略優於耐（nài）酸剛，對氯化物、次氯酸鹽、海（hǎi）水有優良（liáng）的（de）耐腐蝕性，對常溫硝酸等氧化性酸有耐腐蝕性，鹽酸（suān）、硫（liú）酸等還原性酸不適用

 

5.電*材料：鉭

  特點及使用範圍：具有和玻璃相似的優越耐腐蝕性，除（chú）氫氟酸、發煙硫（liú）酸等少數酸外，適用於大部分（fèn）酸液，氫（qīng）氧化鈉等堿液不適用

 

6.電*材（cái）料：鉑、鉑（bó）銥合金

  特點及使用範圍（wéi）：對幾乎所有的酸堿液耐腐蝕，王水、銨鹽等少數介質不適用（yòng），價格昂（áng）貴

 

7.電*材料（liào）：碳（tàn）化鎢硬質合金（jīn）

  特點及使用範圍：漿液專（zhuān）用電*材料，可（kě）降低漿液噪聲（shēng），耐腐蝕性較差，腐蝕性液體不適用

 

8.電*材料：導電橡膠、導電氟塑料

  特點及使用範圍：低噪聲電*材料（liào），可抗漿液噪聲（shēng）和流動噪聲，導電（diàn）氟塑料耐化學品性能（néng）好（hǎo）