探究勵磁線（xiàn）圈對電磁流（liú）量計（jì）的影響
點擊次數：2862 發布時間：2021-03-19 08:42:28
摘要：為（wéi）了提高電磁流量計的準確度（dù）和穩定性，簡（jiǎn）述了勵磁線圈的結構、新材料和（hé）新（xīn）工藝 ；討論（lùn）了勵磁（cí）線圈在設計、製造及裝配中對電磁流量計（jì）的影響，指出了電（diàn）磁流量（liàng）計在設（shè）計時的注意（yì）事（shì）項。
電磁流量計因其特殊（shū）的結構形式，致使其抗幹擾能力較弱、準（zhǔn）確度偏低以及瞬時流量波動過大等不良現象（xiàng），但便於安裝、造價低廉、普遍應用於大管（guǎn）道等特點而存（cún）在。為了發揮其優勢，消除其不利因素，對其內部結構（gòu）及其（qí）相關技術參數進行優化（huà）設計，從而使其準確度能夠達到（dào） ±1% FS，使抗幹擾能力得到*大地增（zēng）強。本文主（zhǔ）要通過優化設（shè）計、選擇材料和試驗，使電磁流量計（jì）的穩定性和準確度大幅度提高，並提（tí）出解決措施，對實（shí）際應用具有參考價值（zhí）。分析與研究程序（xù）圖如圖（tú） 1 所示。
1 測（cè）量原理
根據法（fǎ）拉*電磁感應定律的工作原理（lǐ），也就是液態導體在磁場中做切割磁力線（xiàn）運（yùn）動（dòng）時，對（duì）導體內產生感（gǎn）應電動勢（Es）的分布進行分（fèn）析，研究磁場分布的影響規（guī）律（lǜ），在保證高準確度、高可靠性和抗幹擾能力強（qiáng）、瞬時流量波動範（fàn）圍小的前提下，尋求寬範圍流量測量時*優的電（diàn）磁流量計。
電磁流量計測量液體的流量時，液體為導電液體，電導率應大於 5μs/cm，流體流過垂直於流動方向的磁（cí）場導電液體的流動感應出平均流速，從而獲得與（yǔ）流體的體（tǐ）積流量成正比的感應電（diàn）動勢（shì）（Es），感應電動勢方程為：
Es=BDV×10 -4
式中：Es--- 電動勢，伏特（V）
B---- 磁感應強度，特斯拉（T）
D---- 測量管內徑，厘米（cm）
V---- 被測（cè）液體平均流速，米 / 秒（miǎo）（m/s）
因電磁流量計與一般的法蘭管道式電磁流量計有很大的不同，電磁（cí）流量計的傳感器外側形成發射磁場，測量電*在傳感器的端部，故此根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，測量導（dǎo）電液體流量時，導電流體流過垂直於（yú）流動方向的磁場導電液體（tǐ）的流動感應出平均流速，從而（ér）獲得與流體的體積流量成正比的感應（yīng）電動（dòng）勢，感應電動勢（shì）信號被兩個與流體相（xiàng）接觸的電*檢測出來，在轉換器中顯示瞬時流量和累計（jì）流量，並通過轉換器轉換成標準電信號輸出到上位機，即 4mA ～ 20mA DC，如（rú）圖 2 所示。
電磁（cí）流量計的測量探頭測得管道（dào）內部特定（dìng）位置（管道內徑的 1/8 處）的局部流速，以確定管道流速，電磁流量計的傳感器是在測量探頭外側形成（chéng）外發射磁場，測量（liàng）電*在傳感器的端（duān）部。
基於以上目的，為了降低外發射磁場的電磁流速傳感器（qì）所產生（shēng）的感（gǎn）應信號受信號流體和磁場的邊界層厚度影響，會降低測量的線性度（dù），通（tōng）過一體化的特（tè）殊優化設計，在外（wài）徑為：Ф47mm（因（yīn）為需（xū）要使用 2 〃螺紋球閥，球（qiú）閥通孔直徑為：50mm 的緣故），內徑（jìng）為：Ф40mm，長度為：77mm的空間內進行布置各個相關零、部件（兩個電*、兩個電（diàn）*加長杆，勵磁線圈部件），應用法拉*電磁感應定律和尼庫接磁（NIKURADS）原理，將磁感應強度充分發揮，達到高準確度、高可靠（kào）性、寬範（fàn）圍的流（liú）體測量，同時采用新材料、新工藝，該結構還具有（yǒu）耐高溫，並且適用於大口徑管（guǎn）道（dào）的（de）流體測量等特（tè）性（xìng）。
通過大量的試驗，對探頭端部外（wài）型結構亦采用特殊設計，從而消除兩個電*之間的擾流現象，同時亦消除因通電產生磁場，導致兩個電*吸附介質中的鐵屑而影響測量精度和死區效應，增強了輸出信號（hào）的穩定性，從而提高傳感器準確度和抗幹擾性。通過結構的優化設計，使用（yòng）壽命更長，電磁流量計探頭局部，如圖 3 所示。
2 實踐（jiàn）當中遇到的實（shí）際難題
在生產實踐中，發現剛剛纏繞完畢的勵磁線圈，由於摩擦生熱的原因，直接（jiē）進行測量阻值時，阻值往往大於理論計算值（1Ω ～ 2Ω）。當勵磁線圈在自然環境中失效幾（jǐ）個小時後（hòu），勵磁線圈的阻值恢複到理論設計值。從而推論，含有勵磁線圈的電（diàn）磁流量計受現場管道介質（zhì）溫度的影響非常大（dà），致使電磁流量計的轉換器內的技術參數發生變化，影響其過程控製的準確度，而且瞬時流量波（bō）動過大。
其原因是：勵磁線圈的（de）阻（zǔ）值及匝數是（shì）按照常溫狀態下進行設計的，而含有勵（lì）磁線（xiàn）圈的（de）電（diàn）磁流量計經常是（shì）高於常溫狀態下進（jìn）行安裝、使用（yòng）（如：高爐回水、供熱管道等），勵（lì）磁線圈的阻值隨使用環境溫度（dù）的變化而變化，致使電磁流量計測（cè）量時的準確度大為降低，性能的不確定性大為增加，為了保證儀表的（de）高準確度和穩定性，在不同的季節（主要是環境溫度和介質溫度），經過大量模擬現場實際情況的（de）試驗，並結合轉換器的技術參數（shù）要求（qiú），得出一個完善的勵磁線圈各種技術參（cān）數。模擬現場試驗裝置（zhì）如圖 4 所示。
試驗（yàn）方（fāng）法：*先（xiān），把電磁流量計和溫度傳感器按照圖中所示固定在自動加（jiā）熱（rè）箱體中；其次，把電磁流量計（jì）的勵磁線圈的引線（xiàn）（聚四氟乙烯（xī）屏蔽線）與萬用表測量（liàng）阻值端鈕相連接，並把檔位定（dìng）格在 200Ω 刻度線上；同時把溫度傳感器（qì）（PT100 鉑電（diàn）阻）的引線與（yǔ）溫度顯示器相連（lián）接。
經檢查無誤（wù）後，經過大約 10min，記（jì）錄此時水箱（xiāng）中水的溫（wēn）度，然後（hòu）接通 220V AC 電源，自（zì）動電加熱箱體內的水進行升溫（wēn），以水每（měi）升高 5℃，記錄一次萬用表（biǎo）顯（xiǎn）示的阻值，記錄直至水溫達（dá）到（dào） 100℃時的阻值。
試驗數據如下（xià）：
為了滿足現場管（guǎn）道（dào）高溫介質對電磁流量計測量準確度的影響，探頭勵磁線圈的阻值（zhí）在環境溫度（T=15℃時），按照理論計算值進行纏繞，為 60Ω±0.5Ω，漆包圓繞組線（xiàn）直徑：Φ=0.21mm，經過多次升高介質（自來水（shuǐ））溫度進行試（shì）驗，勵磁線圈的電阻值與溫度的（de）變化數據表示如下：
1）2018 年 12 月份北（běi）方的冬季，室溫：15℃～ 20℃內進行*一次試驗，升溫（wēn）試驗時間共（gòng） 75min。
勵磁線圈的電阻值與溫度的變化數據表示如下：
水溫：15℃時， 勵磁線圈阻值：R=60.2Ω
水溫：20℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=61.3Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：30℃時， 勵磁線圈阻值：R=63.8Ω 阻值升（shēng）高1.3Ω
水溫：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=64.9Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值：R=66.4Ω 阻（zǔ）值升高1.5Ω
水溫：45℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=68.8Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：55℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水（shuǐ）溫：60℃時， 勵磁線（xiàn）圈阻值：R=71.1Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：65℃時， 勵磁線圈阻值：R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水（shuǐ）溫：75℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=74.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：80℃時， 勵磁線圈阻值：R=75.4Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.6Ω 阻值（zhí）升高1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：95℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=78.9Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：100℃時，勵磁線圈阻值 R=81.4Ω 阻值升高2.5Ω
*一次試驗結論：水（shuǐ）溫從（cóng） 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁（cí）線圈的電阻值平均增大 1.247Ω。
2）勵磁線圈完全（quán）處於室溫：15℃～ 20℃狀態下，24h後進（jìn）行*二次試驗，升溫試驗時間共 80min。
勵磁線圈的電阻值與溫度的變化數據表（biǎo）示如下：
水溫：6℃時（shí），勵磁線圈阻值：R=58.8Ω
水溫：10℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=59.8Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：15℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=60.2Ω 阻值升高0.4Ω
水（shuǐ）溫：20℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=61.5Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.8Ω 阻（zǔ）值升高1.3Ω
水溫：30℃時， 勵（lì）磁線圈阻值（zhí）：R=63.8Ω 阻（zǔ）值（zhí）升高1.0Ω
水溫：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=65.0Ω 阻（zǔ）值（zhí）升高1.2Ω
水溫：40℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=66.2Ω 阻值升（shēng）高（gāo）1.2Ω
水（shuǐ）溫：45℃時， 勵磁線圈阻值：R=67.0Ω 阻值升高0.8Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻值：R=68.7Ω 阻（zǔ）值升高1.7Ω
水溫：55℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=69.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.2Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：65℃時， 勵磁（cí）線圈阻（zǔ）值：R=72.3Ω 阻（zǔ）值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻值：R=73.2Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：75℃時， 勵磁線圈阻值：R=74.7Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：80℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=75.8Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：85℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=76.7Ω 阻（zǔ）值升高0.9Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：95℃時， 勵磁線圈阻值：R=79.1Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：100℃時，勵（lì）磁線圈阻值（zhí）：R=81.2Ω 阻值升高2.1Ω
*二次試驗結論：水溫從 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁（cí）線圈的（de）電阻值平（píng）均增大 1.179Ω。後又在本季節多次進行（háng）試（shì）驗（yàn），試驗（yàn）結果大體相似。
3）2019 年 7 月 12 日星期四上午（wǔ） 8 ：15 開始試（shì）驗，試驗室溫：25℃～ 30℃內進行*三（sān）次試驗，升溫（wēn）試驗時間共30min。
勵磁線圈的電（diàn）阻值（zhí）與溫度的變化數據表示（shì）如（rú）下：
水溫：20℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=61.4Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻（zǔ）值升高（gāo）1.1Ω
水溫：30℃時， 勵磁線圈阻值：R=63.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：35℃時， 勵（lì）磁線圈阻（zǔ）值：R=64.9Ω 阻值升高（gāo）1.1Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值：R=66.4Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：45℃時， 勵磁線圈阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時（shí）， 勵（lì）磁（cí）線圈阻值：R=68.8Ω 阻值升高（gāo）1.3Ω
水溫：55℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.1Ω 阻（zǔ）值升高1.1Ω
水（shuǐ）溫（wēn）：65℃時， 勵磁線圈阻值 R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水溫（wēn）：75℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=74.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：80℃時， 勵磁線圈阻值：R=75.4Ω 阻值升（shēng）高0.9Ω
水（shuǐ）溫：85℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=76.6Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：95℃時， 勵（lì）磁線圈阻值（zhí）：R=78.9Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：100℃時，勵磁線（xiàn）圈阻值：R=80.1Ω 阻值升（shēng）高 1.1Ω
水溫：100℃時，連續進行 8 小時高溫度（100℃）水進行試驗，此時的（de）勵（lì）磁（cí）線圈阻值：R=80.1Ω ～ 81.4Ω 範圍內波動。
這次夏季（jì）試驗結論：水溫從 20℃升到 100℃時，每升高 5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大 1.1625Ω。後又（yòu）在本季節多次進行試驗，試驗結（jié）果大體相似。
通過北方寒冷的冬季及（jí）夏季的數（shù）十次試（shì）驗，其試驗的（de）結果基本一致。
為了使勵（lì）磁線圈產生的磁力線均勻、完（wán）整地包裹電*，勵磁線圈的磁芯要盡量與電*端（duān）部相接近（jìn），使電*整（zhěng）體充分地切割磁力線，同時兼顧電感（gǎn）值的大小，在電感值適中的情況下（後麵論述，經過理論（lùn）計算和試驗，電感值：L=390mH 為宜），從而產生連（lián）綿不斷的、強大、穩定的磁場信號，在實踐（jiàn）中起到了大大降低過程控製流量的波動性，並且增加（jiā）了流速的穩定性（*小流速為 0.2m/s 時，可（kě）精準、穩（wěn）定地測量），同時使電磁流量計在（zài）標（biāo）校時的（de）標校係數大（dà）為降低（如轉換器的（de）標校係數：1 ～ 5.9999，則實際標校（xiào）過程中，標校係數隻為 1.3 左右），使標校過（guò）程簡易化，更容易進行標校，*大地減輕了標校人員的工作強度，儀表的（de）準確度更高。勵磁線圈部件與端部電（diàn）*的相對位置如圖 5 所示。
3 電磁（cí）流量計優化（huà）設計
通過在不同季節進行的數十次（cì）試驗結果，再結合轉換器本身的技術參數的要求，以及（jí）在電磁流（liú）量計傳感器的有限空間內，進行技術參數、新（xīn）材料和新工藝的優化設（shè）計。
1）根據閉合回路的屬性 --- 電感原理（lǐ）及公式：L=μQ ×μ r ×Ae×N 2 /l
式（shì）中：L-電感，單位：亨（H）
μQ -自由空間的導磁率：4д×10 -7 H/m
μr -磁（cí）芯材料相對的導磁率，單位：亨 / 米（H/m）
Ae-磁芯的截麵積，單位：平方米（m 2 ）
N---- 勵磁線圈（quān）的匝數
l---- 勵磁線圈纏繞長度，單位：米（m）
2）精選勵磁線圈磁芯的材質（zhì）以及尺寸的選（xuǎn）擇根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，設計（jì）、製造和特性（xìng）參數（shù）試驗。為了增大導磁率，*大地改善封（fēng）閉性磁力線強度（dù），故此選擇實心勵磁（cí）線圈，使磁感應強度大（dà）幅增加。磁芯采用磁性等級：超級；*號：電（diàn）工純鐵（型（xíng）號：DT4C）；矯頑力：≤ 32，矯（jiǎo）頑（wán）力時效增值：≤ 4，*大導磁率：≥ 0.0151
工業純鐵質地特別軟，韌性特別（bié）大，電磁性能很好。工業（yè）純鐵熔點比鐵高，在潮濕（shī）的空氣中比鐵（tiě）難以（yǐ）生鏽，在冷的濃硫酸中可（kě）以鈍化；同時電磁性能好。矯頑力（Hc）低，導磁率 μ 高，飽（bǎo）和磁感（Bs）高（gāo），磁性（xìng）穩定（dìng）又無磁時效。鋼質純淨度（dù）高，電工純鐵（tiě）係列鋼（gāng）質均為鎮靜鋼，又采用了精練，所（suǒ）以內部組織致密，均勻，優良，氣體含量少，成品含碳量（liàng）≤ 0.004%，冷、熱加工性能好。冷加工如車、墩、衝、彎、拉等都無問題，具有良（liáng）好的加工性能，加工表麵質量好。
3）勵磁線圈的漆包圓繞（rào）組（zǔ）線的選擇根據中華人（rén）民（mín）共和國**標準 GB/T6109.1-2008《漆包圓繞組線 *一部分：一般規定》和 GB/T6109.2-2008《漆包圓繞組線（xiàn） *二部分：155 級聚（jù）酯漆包銅圓線》的相關規定，並且結合（hé）電磁流量計的具體使用情況及使用範圍的安全裕度，選擇型號：QZY=XY-2/200，線徑：Φ0.21mm。
型號：QZY+XY-2/150 的含義
係列代號 Q-漆包圓繞（rào）組線
漆膜代號 Z-聚酯類漆
Y-聚酰亞（yà）胺類漆
非自粘性漆包線 2-二級漆膜
耐溫溫度 150-攝氏度：150℃
電磁流量計勵磁線圈的結（jié）構形式如圖 6 所示。
根據以上不（bú）同季節（jiē）的數 10 次試驗，勵磁線圈得出相應的技術參數如下：
a）從（cóng）勵磁線圈的漆包圓繞組線的選擇（如：勵磁線圈的型（xíng）號、線徑（jìng）等）如上所述。
b）關於勵磁線圈的阻值通常情況下的理論值均（jun1）在常溫下（xià）進行計算（suàn）與確定，但一定要結合轉換器的相關技術參數（shù）進行選擇。
選擇方法：如電磁流量計所選擇的轉換器匹（pǐ）配的阻值為：（X ～ Y）Ω時（shí），則勵磁線圈的阻值大（dà）於或等於1.5X 即可。這樣（yàng）既能滿足流動介質溫度低於常溫時，勵磁線圈阻值必然降低，但不影響（xiǎng）轉換器的正常工作，同時亦能滿足介（jiè）質溫度高於常溫時，勵磁線圈阻值升高，也不影響轉換器的正常工作。
c）從結構上（shàng）講，勵磁線圈的磁芯必須長（zhǎng）於線（xiàn）圈（quān）部件（jiàn）為好。其（qí）磁芯長出部分應（yīng）與采集信號的電*基本（běn）在一個基準線上（shàng），在現有的磁場（chǎng）強度（dù）下增加磁力線*大（dà）程度上包裹（guǒ）電*，使之電*采集信號的*大化（huà），由此增加電磁流量計（jì）的準確度和穩（wěn）定性。
4 結論
本文提出了一種基於（yú）插入（rù）式電磁型流量（liàng）計在實際應用過程中，勵磁線圈經（jīng）過優化設計、磁芯材（cái）料的（de）選擇和探頭結構等方麵的改進，提高其在現場運行過程中的穩定性、準確度等級和抗幹（gàn）擾能力，充分發揮電磁流（liú）量計自有優勢，對該產品質量的（de）提升具有實質性作用。
電磁（cí）流量計（jì）與超（chāo）聲波（bō）流量計的區別 變徑後電磁流量計的安裝要求 電磁流量計（jì）24v和220v區別 低溫環境對電磁流（liú）量計（jì）的影響（xiǎng） 電磁流量計管道式和（hé）插入式的區別與優缺點 電磁流量計一體式和分體式的區別 電磁流量計怎麽消除幹擾 如何解決電磁流量（liàng）計的電磁幹擾（rǎo） 如何消除（chú）電磁流量計中氣泡的（de）幹（gàn）擾 液體中氣泡對電磁流量計（jì）的影響 電磁流量（liàng）計歸零後顯示負值原因分析（xī） 電（diàn）磁流量計為什麽有流量但顯示零 電磁（cí）流量計為什麽空管不歸零 電磁流量計零點不穩定的檢（jiǎn）查（chá）方法 電磁流（liú）量計零點漂移的原因（yīn）及如何消除 電磁流量計防爆和不防爆區（qū）別 電（diàn）磁流量計防爆類型（xíng）和等級（jí）劃分 電磁流量計（jì）的校驗周期 電磁流量（liàng）計怎（zěn）樣在線校準 結（jié）垢（gòu）對（duì）電磁流量計精度的影響 電磁流量計和水表的區別 電磁流量計和（hé）電磁水表區別 不滿管對電磁流量（liàng）計的影響 電磁流量計計量不穩定是怎麽回事 環境溫度對電（diàn）磁流量計測量影響（xiǎng） 溫度對電磁流量計的影響 電磁流量計對介質溫度要求 電磁流量計的防護（hù）等級 電磁流量計按鍵功能（néng）及參數設置 電磁流量計（jì）功（gōng）能與作用（yòng）
電磁流量計因其特殊（shū）的結構形式，致使其抗幹擾能力較弱、準（zhǔn）確度偏低以及瞬時流量波動過大等不良現象（xiàng），但便於安裝、造價低廉、普遍應用於大管（guǎn）道等特點而存（cún）在。為了發揮其優勢，消除其不利因素，對其內部結構（gòu）及其（qí）相關技術參數進行優化（huà）設計，從而使其準確度能夠達到（dào） ±1% FS，使抗幹擾能力得到*大地增（zēng）強。本文主（zhǔ）要通過優化設（shè）計、選擇材料和試驗，使電磁流量計（jì）的穩定性和準確度大幅度提高，並提（tí）出解決措施，對實（shí）際應用具有參考價值（zhí）。分析與研究程序（xù）圖如圖（tú） 1 所示。
1 測（cè）量原理
根據法（fǎ）拉*電磁感應定律的工作原理（lǐ），也就是液態導體在磁場中做切割磁力線（xiàn）運（yùn）動（dòng）時，對（duì）導體內產生感（gǎn）應電動勢（Es）的分布進行分（fèn）析，研究磁場分布的影響規（guī）律（lǜ），在保證高準確度、高可靠性和抗幹擾能力強（qiáng）、瞬時流量波動範（fàn）圍小的前提下，尋求寬範圍流量測量時*優的電（diàn）磁流量計。
電磁流量計測量液體的流量時，液體為導電液體，電導率應大於 5μs/cm，流體流過垂直於流動方向的磁（cí）場導電液體的流動感應出平均流速，從而獲得與（yǔ）流體的體（tǐ）積流量成正比的感應電（diàn）動勢（shì）（Es），感應電動勢方程為：
Es=BDV×10 -4
式中：Es--- 電動勢，伏特（V）
B---- 磁感應強度，特斯拉（T）
D---- 測量管內徑，厘米（cm）
V---- 被測（cè）液體平均流速，米 / 秒（miǎo）（m/s）
因電磁流量計與一般的法蘭管道式電磁流量計有很大的不同，電磁（cí）流量計的傳感器外側形成發射磁場，測量電*在傳感器的端部，故此根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，測量導（dǎo）電液體流量時，導電流體流過垂直於（yú）流動方向的磁場導電液體（tǐ）的流動感應出平均流速，從而（ér）獲得與流體的體積流量成正比的感應（yīng）電動（dòng）勢，感應電動勢（shì）信號被兩個與流體相（xiàng）接觸的電*檢測出來，在轉換器中顯示瞬時流量和累計（jì）流量，並通過轉換器轉換成標準電信號輸出到上位機，即 4mA ～ 20mA DC，如（rú）圖 2 所示。
電磁（cí）流量計的測量探頭測得管道（dào）內部特定（dìng）位置（管道內徑的 1/8 處）的局部流速，以確定管道流速，電磁流量計的傳感器是在測量探頭外側形成（chéng）外發射磁場，測量（liàng）電*在傳感器的端（duān）部。
基於以上目的，為了降低外發射磁場的電磁流速傳感器（qì）所產生（shēng）的感（gǎn）應信號受信號流體和磁場的邊界層厚度影響，會降低測量的線性度（dù），通（tōng）過一體化的特（tè）殊優化設計，在外（wài）徑為：Ф47mm（因（yīn）為需（xū）要使用 2 〃螺紋球閥，球（qiú）閥通孔直徑為：50mm 的緣故），內徑（jìng）為：Ф40mm，長度為：77mm的空間內進行布置各個相關零、部件（兩個電*、兩個電（diàn）*加長杆，勵磁線圈部件），應用法拉*電磁感應定律和尼庫接磁（NIKURADS）原理，將磁感應強度充分發揮，達到高準確度、高可靠（kào）性、寬範（fàn）圍的流（liú）體測量，同時采用新材料、新工藝，該結構還具有（yǒu）耐高溫，並且適用於大口徑管（guǎn）道（dào）的（de）流體測量等特（tè）性（xìng）。
通過大量的試驗，對探頭端部外（wài）型結構亦采用特殊設計，從而消除兩個電*之間的擾流現象，同時亦消除因通電產生磁場，導致兩個電*吸附介質中的鐵屑而影響測量精度和死區效應，增強了輸出信號（hào）的穩定性，從而提高傳感器準確度和抗幹擾性。通過結構的優化設計，使用（yòng）壽命更長，電磁流量計探頭局部，如圖 3 所示。
2 實踐（jiàn）當中遇到的實（shí）際難題
在生產實踐中，發現剛剛纏繞完畢的勵磁線圈，由於摩擦生熱的原因，直接（jiē）進行測量阻值時，阻值往往大於理論計算值（1Ω ～ 2Ω）。當勵磁線圈在自然環境中失效幾（jǐ）個小時後（hòu），勵磁線圈的阻值恢複到理論設計值。從而推論，含有勵磁線圈的電（diàn）磁流量計受現場管道介質（zhì）溫度的影響非常大（dà），致使電磁流量計的轉換器內的技術參數發生變化，影響其過程控製的準確度，而且瞬時流量波（bō）動過大。
其原因是：勵磁線圈的（de）阻（zǔ）值及匝數是（shì）按照常溫狀態下進行設計的，而含有勵（lì）磁線（xiàn）圈的（de）電（diàn）磁流量計經常是（shì）高於常溫狀態下進（jìn）行安裝、使用（yòng）（如：高爐回水、供熱管道等），勵（lì）磁線圈的阻值隨使用環境溫度（dù）的變化而變化，致使電磁流量計測（cè）量時的準確度大為降低，性能的不確定性大為增加，為了保證儀表的（de）高準確度和穩定性，在不同的季節（主要是環境溫度和介質溫度），經過大量模擬現場實際情況的（de）試驗，並結合轉換器的技術參數（shù）要求（qiú），得出一個完善的勵磁線圈各種技術參（cān）數。模擬現場試驗裝置（zhì）如圖 4 所示。
試驗（yàn）方（fāng）法：*先（xiān），把電磁流量計和溫度傳感器按照圖中所示固定在自動加（jiā）熱（rè）箱體中；其次，把電磁流量計（jì）的勵磁線圈的引線（xiàn）（聚四氟乙烯（xī）屏蔽線）與萬用表測量（liàng）阻值端鈕相連接，並把檔位定（dìng）格在 200Ω 刻度線上；同時把溫度傳感器（qì）（PT100 鉑電（diàn）阻）的引線與（yǔ）溫度顯示器相連（lián）接。
經檢查無誤（wù）後，經過大約 10min，記（jì）錄此時水箱（xiāng）中水的溫（wēn）度，然後（hòu）接通 220V AC 電源，自（zì）動電加熱箱體內的水進行升溫（wēn），以水每（měi）升高 5℃，記錄一次萬用表（biǎo）顯（xiǎn）示的阻值，記錄直至水溫達（dá）到（dào） 100℃時的阻值。
試驗數據如下（xià）：
為了滿足現場管（guǎn）道（dào）高溫介質對電磁流量計測量準確度的影響，探頭勵磁線圈的阻值（zhí）在環境溫度（T=15℃時），按照理論計算值進行纏繞，為 60Ω±0.5Ω，漆包圓繞組線（xiàn）直徑：Φ=0.21mm，經過多次升高介質（自來水（shuǐ））溫度進行試（shì）驗，勵磁線圈的電阻值與溫度的（de）變化數據表示如下：
1）2018 年 12 月份北（běi）方的冬季，室溫：15℃～ 20℃內進行*一次試驗，升溫（wēn）試驗時間共（gòng） 75min。
勵磁線圈的電阻值與溫度的變化數據表示如下：
水溫：15℃時， 勵磁線圈阻值：R=60.2Ω
水溫：20℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=61.3Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：30℃時， 勵磁線圈阻值：R=63.8Ω 阻值升（shēng）高1.3Ω
水溫：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=64.9Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值：R=66.4Ω 阻（zǔ）值升高1.5Ω
水溫：45℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=68.8Ω 阻值（zhí）升高1.3Ω
水溫：55℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水（shuǐ）溫：60℃時， 勵磁線（xiàn）圈阻值：R=71.1Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：65℃時， 勵磁線圈阻值：R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈（quān）阻值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水（shuǐ）溫：75℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=74.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：80℃時， 勵磁線圈阻值：R=75.4Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：85℃時， 勵磁線圈阻值：R=76.6Ω 阻值（zhí）升高1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：95℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=78.9Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：100℃時，勵磁線圈阻值 R=81.4Ω 阻值升高2.5Ω
*一次試驗結論：水（shuǐ）溫從（cóng） 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁（cí）線圈的電阻值平均增大 1.247Ω。
2）勵磁線圈完全（quán）處於室溫：15℃～ 20℃狀態下，24h後進（jìn）行*二次試驗，升溫試驗時間共 80min。
勵磁線圈的電阻值與溫度的變化數據表（biǎo）示如下：
水溫：6℃時（shí），勵磁線圈阻值：R=58.8Ω
水溫：10℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=59.8Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：15℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=60.2Ω 阻值升高0.4Ω
水（shuǐ）溫：20℃時， 勵磁線圈阻值（zhí）：R=61.5Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.8Ω 阻（zǔ）值升高1.3Ω
水溫：30℃時， 勵（lì）磁線圈阻值（zhí）：R=63.8Ω 阻（zǔ）值（zhí）升高1.0Ω
水溫：35℃時， 勵磁線圈阻值：R=65.0Ω 阻（zǔ）值（zhí）升高1.2Ω
水溫：40℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=66.2Ω 阻值升（shēng）高（gāo）1.2Ω
水（shuǐ）溫：45℃時， 勵磁線圈阻值：R=67.0Ω 阻值升高0.8Ω
水溫：50℃時， 勵磁線圈阻值：R=68.7Ω 阻（zǔ）值升高1.7Ω
水溫：55℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=69.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.2Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：65℃時， 勵磁（cí）線圈阻（zǔ）值：R=72.3Ω 阻（zǔ）值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁線圈阻值：R=73.2Ω 阻值升高0.9Ω
水溫：75℃時， 勵磁線圈阻值：R=74.7Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：80℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=75.8Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：85℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=76.7Ω 阻（zǔ）值升高0.9Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：95℃時， 勵磁線圈阻值：R=79.1Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：100℃時，勵（lì）磁線圈阻值（zhí）：R=81.2Ω 阻值升高2.1Ω
*二次試驗結論：水溫從 15℃升到 100℃時，每升高5℃，勵磁（cí）線圈的（de）電阻值平（píng）均增大 1.179Ω。後又在本季節多次進行（háng）試（shì）驗（yàn），試驗（yàn）結果大體相似。
3）2019 年 7 月 12 日星期四上午（wǔ） 8 ：15 開始試（shì）驗，試驗室溫：25℃～ 30℃內進行*三（sān）次試驗，升溫（wēn）試驗時間共30min。
勵磁線圈的電（diàn）阻值（zhí）與溫度的變化數據表示（shì）如（rú）下：
水溫：20℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=61.4Ω
水溫：25℃時， 勵磁線圈阻值：R=62.5Ω 阻（zǔ）值升高（gāo）1.1Ω
水溫：30℃時， 勵磁線圈阻值：R=63.8Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：35℃時， 勵（lì）磁線圈阻（zǔ）值：R=64.9Ω 阻值升高（gāo）1.1Ω
水溫：40℃時， 勵磁線圈阻值：R=66.4Ω 阻值升高1.5Ω
水溫：45℃時， 勵磁線圈阻值：R=67.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：50℃時（shí）， 勵（lì）磁（cí）線圈阻值：R=68.8Ω 阻值升高（gāo）1.3Ω
水溫：55℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=70.0Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：60℃時， 勵磁線圈阻值：R=71.1Ω 阻（zǔ）值升高1.1Ω
水（shuǐ）溫（wēn）：65℃時， 勵磁線圈阻值 R=72.2Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：70℃時， 勵磁（cí）線圈阻值：R=73.4Ω 阻值升高1.2Ω
水溫（wēn）：75℃時（shí）， 勵磁線圈阻值：R=74.5Ω 阻值升高1.1Ω
水溫：80℃時， 勵磁線圈阻值：R=75.4Ω 阻值升（shēng）高0.9Ω
水（shuǐ）溫：85℃時， 勵磁線圈阻（zǔ）值：R=76.6Ω 阻值升高1.2Ω
水溫：90℃時， 勵磁線圈阻值：R=77.9Ω 阻值升高1.3Ω
水溫：95℃時， 勵（lì）磁線圈阻值（zhí）：R=78.9Ω 阻值升高1.0Ω
水溫：100℃時，勵磁線（xiàn）圈阻值：R=80.1Ω 阻值升（shēng）高 1.1Ω
水溫：100℃時，連續進行 8 小時高溫度（100℃）水進行試驗，此時的（de）勵（lì）磁（cí）線圈阻值：R=80.1Ω ～ 81.4Ω 範圍內波動。
這次夏季（jì）試驗結論：水溫從 20℃升到 100℃時，每升高 5℃，勵磁線圈的電阻值平均增大 1.1625Ω。後又（yòu）在本季節多次進行試驗，試驗結（jié）果大體相似。
通過北方寒冷的冬季及（jí）夏季的數（shù）十次試（shì）驗，其試驗的（de）結果基本一致。
為了使勵（lì）磁線圈產生的磁力線均勻、完（wán）整地包裹電*，勵磁線圈的磁芯要盡量與電*端（duān）部相接近（jìn），使電*整（zhěng）體充分地切割磁力線，同時兼顧電感（gǎn）值的大小，在電感值適中的情況下（後麵論述，經過理論（lùn）計算和試驗，電感值：L=390mH 為宜），從而產生連（lián）綿不斷的、強大、穩定的磁場信號，在實踐（jiàn）中起到了大大降低過程控製流量的波動性，並且增加（jiā）了流速的穩定性（*小流速為 0.2m/s 時，可（kě）精準、穩（wěn）定地測量），同時使電磁流量計在（zài）標（biāo）校時的（de）標校係數大（dà）為降低（如轉換器的（de）標校係數：1 ～ 5.9999，則實際標校（xiào）過程中，標校係數隻為 1.3 左右），使標校過（guò）程簡易化，更容易進行標校，*大地減輕了標校人員的工作強度，儀表的（de）準確度更高。勵磁線圈部件與端部電（diàn）*的相對位置如圖 5 所示。
3 電磁（cí）流量計優化（huà）設計
通過在不同季節進行的數十次（cì）試驗結果，再結合轉換器本身的技術參數的要求，以及（jí）在電磁流（liú）量計傳感器的有限空間內，進行技術參數、新（xīn）材料和新工藝的優化設（shè）計。
1）根據閉合回路的屬性 --- 電感原理（lǐ）及公式：L=μQ ×μ r ×Ae×N 2 /l
式（shì）中：L-電感，單位：亨（H）
μQ -自由空間的導磁率：4д×10 -7 H/m
μr -磁（cí）芯材料相對的導磁率，單位：亨 / 米（H/m）
Ae-磁芯的截麵積，單位：平方米（m 2 ）
N---- 勵磁線圈（quān）的匝數
l---- 勵磁線圈纏繞長度，單位：米（m）
2）精選勵磁線圈磁芯的材質（zhì）以及尺寸的選（xuǎn）擇根據尼庫接磁（NIKURADS）原理，設計（jì）、製造和特性（xìng）參數（shù）試驗。為了增大導磁率，*大地改善封（fēng）閉性磁力線強度（dù），故此選擇實心勵磁（cí）線圈，使磁感應強度大（dà）幅增加。磁芯采用磁性等級：超級；*號：電（diàn）工純鐵（型（xíng）號：DT4C）；矯頑力：≤ 32，矯（jiǎo）頑（wán）力時效增值：≤ 4，*大導磁率：≥ 0.0151
工業純鐵質地特別軟，韌性特別（bié）大，電磁性能很好。工業（yè）純鐵熔點比鐵高，在潮濕（shī）的空氣中比鐵（tiě）難以（yǐ）生鏽，在冷的濃硫酸中可（kě）以鈍化；同時電磁性能好。矯頑力（Hc）低，導磁率 μ 高，飽（bǎo）和磁感（Bs）高（gāo），磁性（xìng）穩定（dìng）又無磁時效。鋼質純淨度（dù）高，電工純鐵（tiě）係列鋼（gāng）質均為鎮靜鋼，又采用了精練，所（suǒ）以內部組織致密，均勻，優良，氣體含量少，成品含碳量（liàng）≤ 0.004%，冷、熱加工性能好。冷加工如車、墩、衝、彎、拉等都無問題，具有良（liáng）好的加工性能，加工表麵質量好。
3）勵磁線圈的漆包圓繞（rào）組（zǔ）線的選擇根據中華人（rén）民（mín）共和國**標準 GB/T6109.1-2008《漆包圓繞組線 *一部分：一般規定》和 GB/T6109.2-2008《漆包圓繞組線（xiàn） *二部分：155 級聚（jù）酯漆包銅圓線》的相關規定，並且結合（hé）電磁流量計的具體使用情況及使用範圍的安全裕度，選擇型號：QZY=XY-2/200，線徑：Φ0.21mm。
型號：QZY+XY-2/150 的含義
係列代號 Q-漆包圓繞（rào）組線
漆膜代號 Z-聚酯類漆
Y-聚酰亞（yà）胺類漆
非自粘性漆包線 2-二級漆膜
耐溫溫度 150-攝氏度：150℃
電磁流量計勵磁線圈的結（jié）構形式如圖 6 所示。
根據以上不（bú）同季節（jiē）的數 10 次試驗，勵磁線圈得出相應的技術參數如下：
a）從（cóng）勵磁線圈的漆包圓繞組線的選擇（如：勵磁線圈的型（xíng）號、線徑（jìng）等）如上所述。
b）關於勵磁線圈的阻值通常情況下的理論值均（jun1）在常溫下（xià）進行計算（suàn）與確定，但一定要結合轉換器的相關技術參數（shù）進行選擇。
選擇方法：如電磁流量計所選擇的轉換器匹（pǐ）配的阻值為：（X ～ Y）Ω時（shí），則勵磁線圈的阻值大（dà）於或等於1.5X 即可。這樣（yàng）既能滿足流動介質溫度低於常溫時，勵磁線圈阻值必然降低，但不影響（xiǎng）轉換器的正常工作，同時亦能滿足介（jiè）質溫度高於常溫時，勵磁線圈阻值升高，也不影響轉換器的正常工作。
c）從結構上（shàng）講，勵磁線圈的磁芯必須長（zhǎng）於線（xiàn）圈（quān）部件（jiàn）為好。其（qí）磁芯長出部分應（yīng）與采集信號的電*基本（běn）在一個基準線上（shàng），在現有的磁場（chǎng）強度（dù）下增加磁力線*大（dà）程度上包裹（guǒ）電*，使之電*采集信號的*大化（huà），由此增加電磁流量計（jì）的準確度和穩（wěn）定性。
4 結論
本文提出了一種基於（yú）插入（rù）式電磁型流量（liàng）計在實際應用過程中，勵磁線圈經（jīng）過優化設計、磁芯材（cái）料的（de）選擇和探頭結構等方麵的改進，提高其在現場運行過程中的穩定性、準確度等級和抗幹（gàn）擾能力，充分發揮電磁流（liú）量計自有優勢，對該產品質量的（de）提升具有實質性作用。
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