电磁流量计2

电磁流量计 2 1.概述 电磁流量计（以下简称EMF）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液 体体积流量的仪表。50 年代初 EMF 实现了工业化应用，近年来世界范围 EMF 产 量约占工业流量仪表台数的 5%～6.5%。70 年代以来出现键控低频矩形波激磁 方式，逐渐替代早期应用的工频交流激磁方式，仪表性能有了很大提高，得到更 为广泛的应用。 2.原理与机构EMF 的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切 割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图 1 所示， 导电性液体在垂直于磁 场的非磁性测量管内流动， 与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电 势，电动势的方向按“弗来明右手规则“，其值如下式式中E-----感应电动 势，即流量信号，V;k-----系数；B-----磁感应强度，T；D----测量管内 径，m；---平均流速，m/s。设液体的体积流量为，则式中K为仪表 常数，K=4KB/πD。EMF 由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器 典型结构示意如图 2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测 量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激 磁电流则由转换器提供。 3、优点EMF 的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞适 用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和 污水等。EMF 不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度 管道的沿程阻力，节能效果显著， 对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适 合。EMF 所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导 率（只要在某阈值以上）变化明显的影响。 与其他大部分流量仪表相比，前置 直管段要求较低。EMF 测量范围度大，通常为 20：1～50：1，可选流量范围宽。 满度值液体流速可在 0.5～10m/s 内选定。有些型号仪表可在现场根据需要扩大 和缩小流量（例如设有 4 位数电位器设定仪表常数）不必取下作离线实流标 定。EMF 的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到 3m。可测正反双向流 量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多。仪表输出本质上是线性 的。易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体。 4、缺点EMF 不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。不 能测量气体、 蒸汽和含有较多较大气泡的液体。通用型 EMF 由于衬里材料和电 气绝缘材料限制， 不能用于较高温度的液体； 有些型号仪表用于过低于室温的液 体，因测量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。 5、分类市场上通用型产品和特殊型仪表可以从不同角度分类。如按激 磁电流方式划分，有直流激磁、交流（工频或其他频率）激磁、低频矩形波激磁 和双频矩形波激磁。按输出信号连线和激磁（或电源）连线的制式分类，有四 线制和二线制。按转换器与传感器组装方式分类，有分离型和一体型。按流 量传感器与管道连接方法分类，有法兰连接、法兰夹装连接、卫生型连接和螺纹 连接。按流量传感器电极是否与被测液体接触分类，有接触型和非接触型。按 流量传感器结构分类，有短管型和插入型。按用途分类，有通用型、防爆型、 卫生型、防侵水型和潜水型等。 6.选用考虑要点 6.1应用概况EMF 应用领域广泛。大口径仪表较多应用于给排水工程。中 小口径常用于固液双相等难测流体或高要求场所，如测量造纸工业纸浆液和黑 液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学工业的强腐蚀液以及钢铁工业高炉 风口冷却水控制和监漏，长距离管道煤的水力输送的流量测量和控制。小口径、 微小口径常用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求的场所。 6.2 精度等级和功能市场上通用型 EMF 的性能有较大差别，有些精度高、功能 多，有些精度低、功能简单。精度高的仪表基本误差为（±0.5%～±1%）R，精 度低的仪表则为（±1.5%～±2.5%）FS，两者价格相差 1～2 倍。因此测量精度 要求不很高的场所（例如非贸易核算仅以控制为目的，只要求高可靠性和优良重 复性的场所） 选用高精度仪表在经济上是不合算的。有些型号仪表声称有更高 的精确度，基本误差仅（±0.2%～±0.3%） R，但有严格的安装要求和参比条件， 例如环境温度20～22℃， 前后置直管段长度要求分别大于 10D,3D （通常为 5D,2D） 甚至提出流量传感器要与前后置直管组成一体在流量标准装置上作实流校准， 以 减少夹装不善的影响。因此在多种型号选择比较时不要单纯只看高指标，要详细 阅读制造厂样本或说明书做综合分析。市场上 EMF 的功能差别也很大， 简单的 就只是测量单向流量，只输出模拟信号带动后位仪表；多功能仪表有测双向流、 量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总 量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型号仪表的 串行数字通信功能可选多种通信接口和专用芯片（ASIC），以连接 HART 协议系 统、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF 现场总线等。 6.3 流速、满度流量、范围度和口径选定仪表口径不一定与管径相同，应视流 量而定。流程工业输送水等粘度不同的液体，管道流速一般是经济流速 1.5～ 3m/s。EMF 用在这样的管道上，传感器口径与管径相同即可。EMF 满度流量时 液体流速可在 1～10m/s 范围内选用，范围是比较宽的。上限流速在原理上是不 受限制的，然而通常建议不超过 5m/s，除非衬里材料能承受液流冲刷，实际应 用很少超过 7m/s，超过 10m/s 则更为罕见。满度流量的流速下限一般为 1m/s， 有些型号仪表则为 0.5m/s。有些新建工程运行初期流量偏低或在流速偏低的管 系，从测量精度角度考虑，仪表口径应改用小于管径，以异径管连接之。用于有 易粘附、沉积、结垢等物质的流体，选用流速不低于2m/s，最好提高到3～4m/s 或以上，起到自清扫、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨耗性强的流体，常用 流速应低于 2～3m/s，以降低对衬里和电极的磨损。在测量接近阈值的低电 导液体，尽可能选定较低流速（小于 0.5～1m/s），因流速提高流动噪声会增加， 而出现输出晃动现象。EMF 的范围度是比较大的，通常不低于 20，带有量程自 动切换功能的仪表，可超过 50～100。国内可以提供的定型产品的口径从 10mm 到 3000mm，随然实际应用还是以中小口径居多，但与大部分其他原理流量仪表 （如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大 比重。某企业近万台仪表中，50mm 以下小口径、65～250mm 中口径、300～900mm 大口径、1000mm 以上超大口径分别占 37%、45%、15%和 3%。 6.4 液体电导率使用 EMF 的前提是被测液体必须是导电的，不能低于阈值（即 下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也 可以测量，示值误差变化不大，通用型 EMF 的阈值在 10-4～（5×10-6）S/cm 之间， 视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布 电容， 制造厂使用说明书中通常