關於電磁流量計工作原理介紹

LDE電磁流量計工作原理是基（jī）於法拉*電磁感（gǎn）應定律。在電磁流量計中，測（cè）量管內的導（dǎo）電介質相當於法拉*試驗中的導電金屬杆，上下兩（liǎng）端的（de）兩個電磁線圈產生恒定磁場。當有導電介質流（liú）過時，則會產（chǎn）生感（gǎn）應電壓。管道內部的兩個電*測量產生的感應電（diàn）壓。測量管道（dào）通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實現與流體和測量電*的電磁隔離， 如圖所示。

電磁流量計概述

    電磁流量計（以下簡稱EMF）是利用法拉*電磁感應定律（lǜ）製成（chéng）的一種測量導電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實現了工業（yè）化應用，近年來**範圍EMF產量約占工業流量儀表台數的5%～6.5%。 70年代以來出現鍵控低頻矩形波（bō）激磁方式，逐漸（jiàn）替代早期應用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提（tí）高，得到（dào）更為廣泛的應（yīng）用。

 電磁（cí）流量計原理與機構

     EMF的基本原理是法拉*電磁感應定律，即導體在磁場中切（qiē）割磁力線運動時（shí）在其兩端產生感應電動勢。如圖1所示，導電性液體在垂直於磁場的非磁性測量管內流動，與流動方向垂直的方向上產生與流（liú）量成比例的感應電勢，電動勢的方向（xiàng）按“弗來明右手規則”，其值如下式 式中 E-----感應電動勢（shì），即流量信號，V; k-----係數； B-----磁（cí）感應強度，T； D----測量管內（nèi）徑，m； --- 平均流速，m/s。 設（shè）液體的體積流量為，則 式（shì）中 K 為儀表常數，K= 4 KB/πD 。 EMF由流量傳感器和轉換器兩大部（bù）分組成。傳感器典型結構示意如圖2，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁（cí）電流後產生磁場穿過（guò）測量管，一（yī）對電*裝在（zài）測量管（guǎn）內壁與液體相接觸，引（yǐn）出感應電勢，送到轉換器。激磁電流則由轉換器提（tí）供。

 

電磁流量計的工（gōng）作（zuò）原理

     EMF不能測量（liàng）電導率很低的液體，如石油製品和有機溶劑等。不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡（pào）的液體。 通用型EMF由（yóu）於襯裏材料和電氣絕緣材料限製，不能用於較高溫度的液體（tǐ）；有些型號儀表用（yòng）於過（guò）低於室溫的（de）液體，因測量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。

電磁流量（liàng）計分類

     市場上通用型產品和特殊型儀表可以從不同角度分類（lèi）。 如按激磁電流方式劃分，有直（zhí）流激磁、交流（liú）（工頻或其他頻率）激磁、低頻（pín）矩形波（bō）激磁和雙頻矩形波激磁。幾種激磁方式的波形見圖3。 按輸出信號連線和激磁（或（huò）電源（yuán））連（lián）線的製（zhì）式分類，有四線製和二（èr）線製。 按轉（zhuǎn）換器與傳感器組裝方式分類，有分離（lí）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、衛生型連接（jiē）和螺紋連接。 按流量傳感器電*是否與被測（cè）液體接觸分類，有（yǒu）接（jiē）觸型和非接（jiē）觸型。按流量傳感器（qì）結構分類（lèi），有短管型和插入型。 按用途（tú）分類，有通（tōng）用型、防（fáng）爆（bào）型（xíng）、衛生型、防侵水型和潛水型等。

電磁流量計選用考慮要點

1、電磁流量計應用概況（kuàng）

     EMF應用（yòng）領（lǐng）域廣泛。大口徑儀表較（jiào）多應用於給排水工程。中小口徑常用於固液雙相等難測流體或高要求場所，如測量造紙工業紙漿液和黑液、有色冶金業的礦漿、選（xuǎn）煤廠的煤漿、化學工業的強腐（fǔ）蝕液以及鋼（gāng）鐵工業高爐風口冷卻水控（kòng）製和監漏，長距離管道煤的水力輸送的（de）流量測量和控製。小口徑、微小口徑常用於醫藥工業、食（shí）品工業、生物工程等有衛生要求的場所。

2、電（diàn）磁流量計精度等級和功能

      市場上通用型EMF的性能（néng）有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度（dù）低、功能（néng）簡單。精度高的儀表基（jī）本誤差為（±0.5%～±1%）R，精度低的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩（liǎng）者價格相差1～2倍（bèi）。因此測量精度要求不很高的場所（例（lì）如非貿易（yì）核算僅以控製為目的，隻要求高可靠（kào）性和優（yōu）良重複性（xìng）的場所）選用高精度儀表（biǎo）在經濟上是不合算的。 有些型號儀表聲稱有更高（gāo）的精確（què）度，基本（běn）誤差僅（±0.2%～±0.3%）R，但有嚴格的安（ān）裝要求和參比條件，例如環境溫度20～22℃，前後置直（zhí）管段長度要求分別大於10D,3D（通常為5D,2D）甚至提出流量傳感器要與前後置直管組成一體在流量標準裝置上作實流校準，以減少夾（jiá）裝不善的影響。因此在多種（zhǒng）型號選擇比較時不要單純隻看高指標，要詳細閱讀製造廠樣（yàng）本或說明書做綜合分析。 市場上（shàng）EMF的功能差別也很（hěn）大，簡單的就隻是測量單向流量，隻輸（shū）出模（mó）擬信號帶動後位儀表；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（qiē）斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動核對和（hé）故障自診斷、與上位（wèi）機通信和運動組態等。有些型（xíng）號（hào）儀表的（de）串行數字通信功能可選多種通信接（jiē）口和專用芯片（ASIC），以連接HART協議係統、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現場總（zǒng）線等。

3、電（diàn）磁流量計流速、滿度流量、範（fàn）圍度（dù）和口徑

      選定（dìng）儀表口徑不一（yī）定與（yǔ）管徑相同，應視流（liú）量而定（dìng）。流程工業輸送水（shuǐ）等粘度不同的液體，管道流速（sù）一般是經濟流速1.5～3m/s。EMF用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即（jí）可。 EMF滿度流量時液體流速可在1～10m/s範圍內選用，範圍是比較寬的。上（shàng）限流速在（zài）原理上是（shì）不受限製的（de），然而通常建議不超過5m/s，除非襯裏材料能承受（shòu）液流衝刷（shuā），實際（jì）應用很（hěn）少（shǎo）超過（guò）7m/s，超過10m/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一（yī）般為1m/s，有些型號儀表（biǎo）則為0.5m/s。有（yǒu）些新建工程運行初期流量偏低或在流（liú）速偏低（dī）的管係，從測量精度角（jiǎo）度考慮，儀（yí）表口徑應改用小於管徑，以（yǐ）異徑管連接之。用於（yú）有易粘附（fù）、沉積（jī）、結垢等物質的流體，選用流速（sù）不低於2m/s，*好提高到3～4m/s或（huò）以上（shàng），起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用於礦漿等磨耗性強的流體，常（cháng）用流速（sù）應低（dī）於2～3m/s ，以降低對襯（chèn）裏和電*的磨損。 在（zài）測量接近閾值的低電導液體，盡可能（néng）選定較低流速（小於0.5～1m/s），因流速提高流動噪聲會增加（jiā），而出現（xiàn）輸出（chū）晃動現象（xiàng）。 EMF的範圍度是比較大的，通常不低於20，帶有量程自動切（qiē）換功能的（de）儀表，可超過50～100。國內可以提供的定型（xíng）產品（pǐn）的口徑（jìng）從10mm到3000mm，隨（suí）然實際應用還是以中小（xiǎo）口徑（jìng）居多，但與大部分其他原理流量儀表（biǎo）（如容（róng）積式、渦輪式、渦街式或科（kē）裏奧利質量式等）相比，大口徑儀表占（zhàn）有較大比重。某企業近萬台儀表中，50mm以下小（xiǎo）口徑（jìng）、65～250mm中口徑、300～900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。

4、電磁流量計液體電導率

      使用EMF的前提是被測液（yè）體必須是導電的（de），不能低於閾值（即下限值）。電導率低於閾值（zhí）會產生測量誤差直至不能使用，超過閾值（zhí）即（jí）使變化也（yě）可以測量，示值誤差變化不大，通用型EMF的閾值在10-4～（5×10-6）S/cm之間，視型號而異。使用（yòng）時還取決於（yú）傳感器和轉換器間流量信號線長度及其分布電容，製造廠使（shǐ）用說明書中通常規定電導率相對應的信號線（xiàn）長度。非接（jiē）觸電容耦（ǒu）合大麵積（jī）電*的儀（yí）表則可測電導率低至5×10-8S/cm的液體。 工業用水及其水溶液的電導率大於10-4S/cm，酸、堿、鹽液的（de）電導率在10-4～10-1S/cm之間，使用不（bú）存在問題，低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問題。石油製（zhì）品和有（yǒu）機溶劑（jì）電導率過低就不能使用。表1列出若幹液（yè）體的電導率。從資料上查到有些純液或水溶液電導率較低，認為不能使用，然而（ér）實際工作中會遇到因含有雜質（zhì）而能（néng）使用（yòng）的實例，這類雜質對增加（jiā）電導（dǎo）率有利。對（duì）於水溶（róng）液，資料中的電導率是用純水配比在實驗室測得（dé）的，實際使用的（de）水溶液可能用工業用水配比，電導率將（jiāng）比查得的要（yào）高，也（yě）有利於流量測量。

　　表1 若幹液體在20℃時的電導率

　　液體名稱 電導率（lǜ）

　　石油 （3～5）×10-13

　　丙酮 （2～6）×10-8

　　純水，高度蒸餾水4×10-8

　　苯 7.6×10-8

　　液氨 1.3×10-7

　　甲醇 (4.4～7.2)×10-7

　　飲用水 ≈10-4

　　海水 ≈4×10-2

　　硫酸（5%～99.4%）（2.1×10-1）～（8.5×10-3）

　　氨水（4%～30%） （1×10-3）～（2×10-4）

　　氫氧化鈉（4%～50%）（1.6×10-1）～（8×10-2）

　　食鹽水（2.5%） 2×10-1

　　根據使（shǐ）用經驗，實際（jì）應用的液體電導率*好要比儀表製造廠規定的閾值至少大一個（gè）數量級。因為製造廠儀表規範規定（dìng）的下限值是在各種使（shǐ）用條件較好狀態下可測量的*低（dī）值。是受到一些使用條件限製，如電導率均勻性、連接信號線、外界噪聲等，否則會出現輸出晃動現象等。我（wǒ）們就多次遇到測量低度蒸餾水或去離子水，其電導（dǎo）率接近閾值5×10-6S/cm，使用時出現輸出晃動。

5、電（diàn）磁流量計液體（tǐ）中含有混入（rù）物（wù）

     混入成泡狀流（liú）的微小氣泡仍可正常工作，但（dàn）測得（dé）的是含氣泡體積的混合體積流量；如氣體含量增加到（dào）形成（chéng）彈（塊）狀（zhuàng）流，因電*可能被氣體蓋住使電路（lù）瞬時斷開，出現輸（shū）出晃動甚至不能（néng）正常工作（zuò）。含有非鐵磁性顆粒或纖維的固液雙相流（liú）體同樣可測得二相的體積（jī）流量。固體含量較高的流體，如（rú）鑽井泥漿、鑽探固井水泥漿、紙漿（jiāng）等實際上已屬非牛頓（dùn）流體（tǐ）。由於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（yí）表用於固液雙（shuāng）相流體會產生附加誤差。雖然還未（wèi）見到EMF應用於固液雙相流體中固形物影響（xiǎng）的係統實驗報告，但國外有報告（gào）稱固形物含量有（yǒu）14%時誤差在（zài）3%範圍以內；我國黃河水利委員會水利科學研究所的實驗報告稱，測量高沙含量水的流量，含沙量體積比17%～40%（沙中值粒（lì）徑0.35mm），儀表測量（liàng）誤差小於3%。 在漿（jiāng）液內有較大顆粒擦過電*表麵，在頻率較低的矩形激磁的EMF中會產生尖峰狀（zhuàng）漿液噪聲，使流量（liàng）信號不穩，就要選（xuǎn）用較高頻率的儀表或有較強抑製漿液噪（zào）聲能（néng）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。 含有鐵磁性物質的流體對通常的EMF，因測量管（guǎn）內磁導率受鐵磁體（tǐ）的不同含量（liàng）而變（biàn）化，會產生測量誤差。但在磁路中置（zhì）有磁通（tōng）檢測線圈補償的EMF，可減小混入鐵（tiě）磁體的影響。上海光華儀表廠在交流激磁（cí）儀表的實驗報告中稱，水中含有液固重量（liàng）比約4：1，顆粒度≤0.15mm鐵精礦（kuàng）石的礦漿，以80mm口徑儀表作清水和漿（jiāng）液（yè）對比流（liú）量試驗，通常的儀表示值（zhí）變化7%～10%，裝有磁通檢測線圈的儀表（biǎo），示值誤差在±2%FS以內。 對含（hán）有礦（kuàng）石顆粒的礦漿應用，應注意對傳感器襯裏的磨損程度，測量管內徑擴大會產生附加誤差。這種場合應選用耐磨性較好的（de）陶瓷（cí）襯裏或聚氨酯橡膠襯裏，同時（shí）建議傳感器安裝在垂直（zhí）管道（dào）上，使管（guǎn）道磨損（sǔn）均勻，消除水平（píng）安裝（zhuāng）下半（bàn）部局（jú）部磨損嚴重的缺點。也可以在（zài）傳感（gǎn）器進口端加裝噴嘴形護套，相對延長使用期。

6、 電磁流量計附著和沉澱

       測量易在管壁附著和沉澱物質的流體時，若附著的是比液體電導率高（gāo）的導電物質，信號電勢將被短路而不能工作，若是非導電層則*先應注意（yì）電*的汙染，譬如選（xuǎn）用（yòng）不易附著尖形或半球（qiú）形突出電*、可更換式電*、刮刀式清垢電*等。刮刀式電*可在傳感（gǎn）器（qì）外定期手動刮出沉垢。國外產品曾有電（diàn）*上裝超聲波換能器，以（yǐ）清（qīng）除（chú）表麵垢層，但現已少見。也有暫時斷開測量（liàng）電路，在（zài）電*簡短時間內流過低壓大電流，焚燒清除附著油脂類附著層（céng）。易產生附（fù）著的場所可提高流速以達到自清掃（sǎo）的目的（de），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（qì）。 非接觸型電* EMF附著（zhe）非導電膜層，儀表仍能工作，但若為高導電層則同樣不能工作。

7、電（diàn）磁流量計流體接觸零部件材（cái）料的選擇

       與流體接觸的傳感器零部件有襯裏（或絕（jué）緣材（cái）料製成的測量管）、電*、接（jiē）地（dì）環和（hé）密封墊片，其材料（liào）的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響（xiǎng）儀表對流體的（de）適應性。由於零部件少，形狀簡單，材料選擇靈活，電磁流量傳感器對流體的適（shì）應性強。