《电磁流量计工作原理及安装要求》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁流量计工作原理及安装要求（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电磁流量计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E =
2、kBDV（1）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q/m现），弱二辺別，则加兀陥二陆式中K为仪表常数，K= 4 KB/nD。图1测量原理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。外壳激磁线圈衬里测屋管电极 铁芯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
3、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： 150： 1,可选流量范围宽。满度值液体流 速可在0.510m/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
4、，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。几种激磁方式的波形 见图 3。按输出信号连线和激磁（或电 源）连线的制式分类，有四线制
5、 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
6、。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12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2022C,前后置直管段长度要求 分别大于10D,3D （通常为5D,2D
7、）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
8、、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1.53m/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110m/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
9、的流体，选用流速不低于 2m/s， 最好提高到 34m/s 或强的流体，常用流速应低于 23m/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50100。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、65250mm中口径、3
10、00900mm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（5x10-6） 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。非接触电容耦合大面积电极的 仪表则可测电导率低至5x10-8S/cm的液体。工业用水及其水溶液的电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐液的电导率在10
11、-4 10-1S/cm之间，使用不存在问题，低度蒸馏水为10-5S/cm也不存在问题。石油制 品和有机溶剂电导率过低就不能使用。表1列出若干液体的电导率。从资料上查 到有些纯液或水溶液电导率较低，认为不能使用，然而实际工作中会遇到因含有 杂质而能使用的实例，这类杂质对增加电导率有利。对于水溶液，资料中的电导 率是用纯水配比在实验室测得的，实际使用的水溶液可能用工业用水配比，电导 率将比查得的要高，也有利于流量测量。表1若干液体在20C时的电导率液体名称电导率 液体名称电导率石油（35） X10-13液氨 1.3x10-7丙酮 （26） X10-8甲醇（4.47.2） X 纯水，高度蒸馏水10-
12、74x10-8饮用水10苯 7.6x10-8海水 4x10-2液体名称电导率硫酸(5% 99.4% ) ( 2.1x10-1) (8.5x10-3)氨水(4% 30% )(1x10-3)(2x10-4)氢氧化钠(4%50%) (1.6x10-1 )(8x10-2 )食盐水(2.5% )2x10-1根据使用经验，实际应用的液体电导率最好要比仪表制造厂规定的阈值至少 大一个数量级。因为制造厂仪表规范规定的下限值是在各种使用条件较好状态下 可测量的最低值。是受到一些使用条件限制，如电导率均匀性、连接信号线、外 界噪声等，否则会出现输出晃动现象等。我们就多次遇到测量低度蒸馏水或去离 子水，其电导率接近
13、阈值5x10-6S/cm,使用时出现输出晃动。6.5 液体中含有混入物混入成泡状流的微小气泡仍可正常工作，但测得的是含气泡体积的混合体积 流量；如气体含量增加到形成弹（块）状流，因电极可能被气体盖住使电路瞬时 断开，出现输出晃动甚至不能正常工作。含有非铁磁性颗粒或纤维的固液双相流 体同样可测得二相的体积流量。固体含量较高的流体，如钻井泥浆、钻探固井水 泥浆、纸浆等实际上已属非牛顿流体。由于固体在载体液中一起流动，两者之间 有滑动，速度上有差别，单相液体校验的仪表用于固液双相流体会产生附加误差。 虽然还未见到 EMF 应用于固液双相流体中固形物影响的系统实验报告，但国外 有报告称固形物含量有14
14、%时误差在3%范围以内；我国黄河水利委员会水利科 学研究所的实验报告称，测量高沙含量水的流量，含沙量体积比 17%40%（沙 中值粒径0.35mm）,仪表测量误差小于3%。在浆液内有较大颗粒擦过电极表面，在频率较低的矩形激磁的EMF中会产 生尖峰状浆液噪声，使流量信号不稳，就要选用较高频率的仪表或有较强抑制浆 液噪声能力的仪表，也可选用市电交流激磁的仪表或双频激磁的仪表。含有铁磁 性物质的流体对通常的EMF,因测量管内磁导率受铁磁体的不同含量而变化， 会产生测量误差。但在磁路中置有磁通检测线圈补偿的EMF，可减小混入铁磁 体的影响。上海光华仪表厂在交流激磁仪表的实验报告中称，水中含有液固重量
15、比约4： 1，颗粒度0.15mm铁精矿石的矿浆，以80mm 口径仪表作清水和浆液 对比流量试验，通常的仪表示值变化7%10%，装有磁通检测线圈的仪表，示 值误差在2%FS以内。对含有矿石颗粒的矿浆应用，应注意对传感器衬里的磨损程度，测量管内径 扩大会产生附加误差。这种场合应选用耐磨性较好的陶瓷衬里或聚氨酯橡胶衬 里，同时建议传感器安装在垂直管道上，使管道磨损均匀，消除水平安装下半部 局部磨损严重的缺点。也可以在传感器进口端加装喷嘴形护套，相对延长使用期。6.6 附着和沉淀测量易在管壁附着和沉淀物质的流体时，若附着的是比液体电导率高的导电 物质，信号电势将被短路而不能工作，若是非导电层则首先应注意电极的污染， 譬如选用不易附着尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。 刮刀式电极可在传感器外定期手动刮出沉垢。国外产品曾有电极上装超声波换能 器，以清除表面垢层，但现已少见。也有暂时断开测量电路，在电极简短时间内 流过低压大电流，焚烧清除附着油脂类附着层。易产生附着的场所可提高流速以 达到自清扫的目的，还可以采取较方便的易清洗的管道连接，可不拆卸清洗传感 器。非接触型电极EMF附着非导电膜层，仪表仍能工作，但若为高导电层则同 样不能工作。6.7 与流体接触零部件材料的选择与流体接触的传感器零部件有衬里（或绝缘材料制成的测量管）、电极、接 地环和密封垫片，其材料的耐腐蚀
