电磁流量传感器

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1、,第三章 流量传感器,3.4 电磁流量传感器,3.4 电磁流量传感器,单元内容 一、知识讲解 1、电磁流量计的特点 2、电磁流量计的原理 3、电磁流量计的结构 4、电磁流量计的选用 5、电磁流量计安装 6、电磁流量计安装注意事项 二、归纳总结 三、作业,2学时,3.4 电磁流量传感器,电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律，测量导电液体体积流量,3.4 电磁流量传感器,优点 仪表结构简单、可靠，无可动部件，工作寿命长。 无截流阻流部件，不存在压力损失和流体堵塞现象。 无机械惯性，响应快速，稳定性好，可应用于自动检测、调节和程控系统。 测量精度不受被测介质的种类及其温度、粘度、 密度、压力等物理量参

2、数的影响。 可测量两个不同方向的流量，可测量含杂质的液体，同时还可用于强酸、强碱及盐类等腐蚀性液体 采用聚四氟乙烯或橡胶材质衬里和Hc、Hb、316L、Ti等电极材料的不同组合可适应不同介质的需要。,3.4 电磁流量传感器,缺点： 电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体 电磁流量计目前还不能用来测量电导率很低的液体介质，被测液体介质的电导率不能低于105(Scm)，相当于蒸馏水的电导率对石油制品或者有机溶剂等还无能为力。 由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制，目前工业电磁流量计还不能测量高温高压流体。 电磁流量计受流速分布影响，在轴对称分布的条件下，流量信号与平均流速成正比所以，

3、电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段 电磁流量计易受外界电磁干扰的影响,3.4 电磁流量传感器,一 电磁流量计原理,基本原理：法拉第电磁感应定律：,导体在磁场中切割磁力线运动时产生感应电动势。,电 磁 流 量 计 测 量 原 理,3.4 电磁流量传感器,在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，金属杆的长度为管道内径，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，就会切割磁力线产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。传感器将电压信号传送给转换器，转换为电流信号显示在仪表上。,根据法拉第电磁感应定律： E=Blv=Bdv.(1) 测量管内的流量

4、：q=dv4 即v=4q/d(2) 将（2）带入（1），整理可得 q= 当使用交流励磁时，磁场=Bsin2ft E= q4Bsin2ft/ d 可见，q与E均为线性关系，测得E就可以求得流量的大小。,3.4 电磁流量传感器,管道式电磁流量计由传感器（变送器）和转换器组成。 传感器安装在测量管道上， 转换器可以与传感器组合 称为一体型电磁流量计， 转换器被安装在离传感器 30米内或100米内的场合， 两者间由屏蔽电缆连接称 为分离型电磁流量计。,3.4 电磁流量传感器,二 电磁流量计的结构,1 电磁流量计流量传感器,外壳,磁路系统 测量管 衬里 电极,3.4 电磁流量传感器,外壳（铁磁材料制成）

5、 功能：保护激磁线圈，隔离外磁场的干扰。 磁路系统 功能：产生均匀的直流或交流磁场 直流磁场可用永久磁铁来实现，结构简单 工业现场电磁流量计，一般都采用交变磁场，,B = Bm sin t E = DBm sin t,磁感应强度为 感应电势为,3.4 电磁流量传感器,测量管,流过被测流体，两端设有法兰，用做连接管,道。,测量导管采用不导磁、低导电率、低导热率并 据有一定机械强度的材料制成，一般可选用不锈 钢、玻璃钢、铝及其它高强度的材料。,衬里,在测量导管内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高温的 绝缘材料。,主要功能：增加测量导管的耐磨性与腐蚀性，,防止感应电势被金属测量导管壁短路。,3.4 电磁流量

6、传感器,电极：正确引出感应电势信号,用不锈钢非导磁材料制成，安装时要求与衬里齐平,3.4 电磁流量传感器,= KBm sint , ,2 转换器,功能：放大感应电势、抑制主要的干扰信号。 采用了交变磁场克服了极化现象，但增加了电 磁正交干扰信号，正交干扰信号的相位和被测 感应电势相差900,消除正交干扰的方法： 信号引出线自动补偿 转换器的放大电路反馈补偿。, , 2 ,dBm sin t dt,et = K,3.4 电磁流量传感器,三 电磁流量计的选用,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流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

7、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。,3.4 电磁流量传感器,1 选用考虑要点, 精度 流速, 范围度 口径, 液体电导率,3.4 电磁流量传感器,精度,市场上通用型电磁流量计的性能有较大差别，,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%）FS， 精度低的仪表则为（1.5%2.5%）FS， 两者价格相差12倍。,因此测量精度要求不很高的场所（例如非经济核 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

8、度仪表在经济上是不合算 的。,3.4 电磁流量传感器,流速,选定仪表口径不一定与管径相同，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1.53m/s。电磁流量计用在这样的管道上，传感 器口径与管径相同即可。,满度流量时液体流速可在110m/s范围内选用，,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 ，自清扫、防止粘附沉积等作用,测量接近阈值的低电导液体，尽可能选定较低流速（小 于0.51m/s）,3.4 电磁流量传感器,范围度,电磁流量计的范围度较大，通常不低于20，,带有量程自动切换功能的仪表，可超过50100。,口径,国内定型产品的口径从10m

9、m3000mm，,实际应用还是以中小口径居多，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。,3.4 电磁流量传感器,液体电导率,使用电磁流量计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，通用型电磁流量计的阈值在10-4（510-6） 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规定 电导率相对应的信号线长度。,3.4 电磁流量传感器,四 流量传感器安装,1、安装场

10、所 2、直管段长度要求 3、安装位置和流动方向 4、 接地 5、负压管系的安装 6、不导电管道 7、转换器及其附件的安装规范,3.4 电磁流量传感器,1 安装场所,测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；,测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化 学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游； 尽可能避免测量管内变成负压；,选择震动小的场所，特别对一体型仪表；,避免附近有大电机、大变压器等引起电磁场干扰； 易于实现传感器单独接地的场所；,尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体； 环境温度在25/1050/600范围内； 环境相对湿度在10%90%范围内； 尽可能避免受阳光直照；,避免

11、雨水浸淋，不会被水浸没。,3.4 电磁流量传感器,2 直管段长度要求,长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。90弯 头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只 要离电极中心线5倍直径（5D）长度的直管段，不 同开度的阀则需10D；,下游直管段为（23）D或无要求；,各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不 一致，要求比通常要求高。这是由于为保证达到 当前0.5级精度仪表的要求。,3.4 电磁流量传感器,3 安装位置和流动方向 安装方向不受限制,但测量固液两相流体最好垂直安 装。自下而上流动，这样不会出现水平安装时衬里 下半部局部磨损严重，低流速时固相沉淀等缺点。,a,b,e不良,c,d良好

12、,3.4 电磁流量传感器,水平安装时要使电极轴线平行于地平线，不要垂直于地平线，因为处于底部电极易被沉积物覆盖，顶部电极易被液体中偶存气泡擦过遮住电极表面，使输出信号波动。 电磁流量传感器最好不要装在管系的高点或顶部。 电磁流量传感器安装还应避开或远离两种电导率不同液体混合点的下游，因为两种电导率不同液体未混合均匀或未反应完全就流经测量点，会引起仪表输出晃动。最好将传感器移到混合点上游，或离开混合段相当距离。例如混合的反应时间为60s，而液体流速为3m/s，不考虑保险系数就要求相距180m。,3.4 电磁流量传感器,4 接地,传感器必须单独接地（接地电阻100以下）。 分离型原则上接地应在传感

13、器一侧，转换器接地 应在同一接地点。,如传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感 器和接地环一起接地外，还要用较粗铜导线 （16mm2）绕过传感器跨接管道两连接法兰上，使 阴极保护电流与传感器之间隔离。,3.4 电磁流量传感器,有时候杂散电流过大，如电解槽沿着电解液的漏电流影响电磁流量计正常测量，则可采取流量传感器与其连接的工艺之间电气隔离的办法。同样有阴极保护管线上，阴极保护电流影响电磁流量计测量时，也可采取本方法。,3.4 电磁流量传感器,5 负压管系的安装,3.4 电磁流量传感器,负压管系应用氟塑料衬里流量传感器需谨慎从事，有可能出现负压的正压管系应防止产生负压，例如液体温度高于室温的管

14、系，停止运行关闭传感器上下游截止阀后，液体冷却收缩亦会产生负压，应在传感器附件上安装负压防止阀。,3.4 电磁流量传感器,接地法兰夹装在传感器法兰和管道法兰之间，其接地如下图所示。,6 对于不导电管道,7 转换器及其附件的安装规范,转换器和传感器之间的信号电缆长度不能大于 50M，且信号电缆必须用镀锌管套穿。如镀锌管在空中，应把镀锌管用导线可靠接地，接地电阻小于 10 欧姆供电电源为 220v 单向交流电，在仪表箱里面加装空气开关，避雷器和空气开关并联连接，导线从空气开关出来后接一个三项插座。,3.4 电磁流量传感器,避雷接地线,安装面板,避雷器接地 避雷器接地线长度不能超过 1M，截面积大于

15、 6MM 方的多股铜芯绝缘导线。如附近没有地网，应在避雷器附近作一个简易地网，方法如下：用三条长度为 1.5M 的扁钢或者角钢，按正三角形排列打入地下，上面用扁钢条把三条扁钢焊接起来，在其中一角焊接螺栓，然后把避雷器接地线接上即可,3.4 电磁流量传感器,3.4 电磁流量传感器,旁路管的安装 为便于在工艺管道继续流动和传感器停止流动时检查和调整零点，应装旁路管。但大管径管系因为投资和位置空间限制，往往不易办到。根据电极污染程度来校正测量值，或确定一个不影响测量值的污染程度判断基准是困难的。除前文所述，采用非接触电极或带刮刀清除装置电极的仪表，可解决一些问题外，有时还需要经常清除传感器内壁附着物

16、。 对于管径大于1.51.6m，测量原水等易沉积的管系在电磁流量计附近管道上，预置人孔，以便管系停止运动时清洗传感器测量管内壁。,3.4 电磁流量传感器,管系进口处理 流程工业的管道系统进口常接于容器或高位槽，公用事业管道系统进口常接于水池或河渠，进口必须在液（水）面下有25倍进口管直径的距离。若相距过近，吸入口会产生漩涡，卷入液体与空气交界面的空气，随漩涡进入管道，影响正常测量。,3.4 电磁流量传感器,手动或自动排气阀的安装 液体在管中流动由于各种原因可能混有气泡，如流量传感器 水平地安装在管系的高点或次高点，极易积集于水平管道上部和 流量传感器测量管内，电磁流量计会出现输出晃动等故障现象。 为便于检查故障原因和排除积聚气体，应在高点或次高点的 流量传感器下游附近设置手动排气阀，定期检查和排