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電磁流量計

一、電磁流量計原理與機構

電磁流量計的基本原理是法拉第電磁感應定律，即導體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產生感應電動勢。如圖1所示，導電性液體在垂直于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量成比例的感應電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規則”。電磁流量計由流量傳感器和轉換器兩大部分組成。測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內壁與液體相接觸，引出感應電勢，送到轉換器。激磁電流則由轉換器提供。

二、電磁流量計結構組成和材質選擇

結構組成

電磁流量計由傳感器、轉換器和流量顯示儀三部分組成。其中傳感器又分為測量管、勵磁系統、電極和殼體幾個部分。

材質選擇

電磁流量計材質的選擇主要是對直接和流體介質接觸的電極和襯里材質的選擇，它直接影響到流量計的精度和使用壽命。電磁流量計工作的基本條件之一是，測量管內壁除電極外，其余地方垂直于介質運動方向的電流應為零。為滿足這一條件，通常將導電的金屬測量管內壁和法蘭端面襯以絕緣襯里，以防止感應信號電壓被金屬管短路。由此可見根據不同介質選擇不同材質的電極和絕緣襯里尤為重要。

電極材質的選擇

表（1）

襯里材質的選擇

三、電磁流量計優點

（1） 電磁流量計傳感器結構牢固可靠，無可動部件，亦沒有阻礙流體流動的節流件，不會堵塞，因此特別適用于帶有懸浮物、固體顆粒、纖維等的泥漿、紙漿、礦漿、污水等的測量。

（2） 傳感器便于清洗、消毒，在食品、生物制藥等工業中用于玉米漿、果醬、糖漿、藥漿或血液等特殊介質的測量。

（3） 電磁流量計不受流體組分及密度、粘度、壓力、溫度、導電率變化等的影響。

（4） 測量范圍度大（20:1～40:1），且可任意改變量程。滿刻度流速一般在0.5～10m/S內選定。

(５)　電磁流量計無機械慣性，反應靈敏，可以測量瞬時脈動流量，而且線性好，因此可以將測量信號直接用轉換器線性的轉換成標準信號輸出。

四、電磁流量計量程范圍的確定

一般工業用電磁流量計被測介質流速以2～4m/s為宜，在特殊情況下，zui低流速應不小于0.5m/s，zui高應不大于 10m/s。若介質中含有固體顆粒，常用流速應小于3m/s，防止襯里和電極的過分磨擦；對于粘滯流體，流速可選擇大于2m/s，較大的流速有助于自動消除電極上附著的粘滯物的作用，有利于提高測量精度。

　　在量程Q已確定的條件下，即可根據上述流速V的范圍決定流量計口徑D的大小，其值由下式計算：

　　Q=πD2V/4

　　Q:流量（㎡/h） D:管道內徑 V：流速（m/h）

　　電磁流量計的量程Q應大于預計的zui大流量值，而正常的流量值以稍大于流量計滿量程刻度的50%為宜。

五、電磁流量計被測液體電導率

使用電磁流量計的前提是被測液體必須是導電的，不能低于閾值（即下限值）。電導率低于閾值會產生測量誤差直至不能使用，超過閾值即使變化也可以測量，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。使用時還取決于傳感器和轉換器間流量信號線長度及其分布電容，制造廠使用說明書中通常規定電導率相對應的信號線長度。非接觸電容耦合大面積電極的儀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于10-4S/cm，酸、堿、鹽液的電導率在10-4～10-1S/cm之間，使用不存在問題，低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問題。石油制品和有機溶劑電導率過低就不能使用。表1列出若干液體的電導率。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，然而實際工作中會遇到因含有雜質而能使用的實例，這類雜質對增加電導率有利。對于水溶液，資料中的電導率是用純水配比在實驗室測得的，實際使用的水溶液可能用工業用水配比，電導率將比查得的要高，也有利于流量測量。

表1 若干液體在20℃時的電導率

六、電磁流量計安裝使用注意事項

  6.1 使用時應注意的一般事項

    液體應具有測量所需的電導率，并要求電導率分布大體上均勻。因此流量傳感器安裝要避開容易產生電導率不均勻場所，例如其上游附近加入藥液，加液點設于傳感器下游。使用時傳感器測量管必須充滿液體（非滿管型例外）。有混合時，其分布應大體均勻。液體應與地同電位，必須接地。如工藝管道用塑料等絕緣材料時，輸送液體產生摩檫靜電等原因，造成液體與地間有電位差。

  6.2 流量傳感器安裝

   （1） 安裝場所通常電磁流量傳感器外殼防護等極為IP65（GB4208規定的防塵防噴水級），對安裝場所有以下要求。

    1）測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的下游；測量化學反應管道時，要裝在反應充分完成段的下游；

    2） 盡可能避免測量管內變成負壓；

    3） 選擇震動小的場所，特別對一體型儀表；

    4） 避免附近有大電機、大變壓器等，以免引起電磁場干擾；

    5） 易于實現傳感器單獨接地的場所；

    6） 盡可能避開周圍環境有高濃度腐蝕性氣體；

    7） 環境溫度在－25/－10～50/600℃范圍內，一體形結構溫度還受制于電子元器件，范圍要窄些；

    8） 環境相對濕度在10%～90%范圍內；

    9） 盡可能避免受陽光直照；

    10） 避免雨水浸淋，不會被水浸沒。如果防護等級是IP67（防塵防浸水級）或IP68（防塵防潛水級），則無需上述8）、10）兩項要求。

    （2） 直管段長度要求

     為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游也要有一定長度直管段，但其長度與大部分其它流量儀表相比要求較低。90º彎頭、T形管、同心異徑管、全開閘閥后通常認為只要離電極中心線（不是傳感器進口端連接面）5倍直徑（5D）長度的直管段，不同開度的閥則需10D；下游直管段為（2～3）D或無要求；但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內。各標準或檢定規程所提出上下游直管段長度亦不*，匯集如表2所示，要求比通常要求高。這是由于為保證達到當前0.5級精度儀表的要求。擾流件名稱 標準或檢定規程號 ISO 6817 ISO 9104 JIS B7554 ZBN 12007 JJG198 上游 彎管、形管、全開閘閥、漸擴管 10D 或制造廠規定 10D 5D 5D 10D 漸縮管 可視作直管其他各種閥 10D 下游 各類 未提要求 5D 未提要求 2D 2D如閥能開使用時，應按閥截流方向和電極軸成45º角度安裝，則附加誤差可大為減少。

    （3） 安裝位置和流動方向

     傳感器安裝方向水平、垂直或傾斜均可，不受限制。但測量固液兩相流體垂直安裝，自下而上流動。這樣能避免水平安裝時襯里下半部局部磨損嚴重，低流速時固相沉淀等缺點。水平安裝時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，因為處于地步的電極易被沉積物覆蓋，頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面，使輸出信號波動。圖5所示管系中，c、d為適宜位置；a、b、e為不宜位置，b處可能液體不充滿，a、e處易積聚氣體，且e處傳感器后管段短也有可能不充滿，排放口如f形狀所示。對于固液兩相流c處亦是不宜位置。

    （4） 旁路管、便于清洗連接和預置入孔

    為便于在工藝管道繼續流動和傳感器停止流動時檢查和調整零點，應裝旁路管。但大管徑管系因投資和位置空間限制，往往不易辦到。根據電極污染程度來校正測量值，或確定一個不影響測量值的污染程度判斷基準是困難的。除前文所述，采用非接觸電極或帶刮刀清除裝置電極的儀表，可解決一些問題外，有時還需要清除內壁附著物，則可按圖6所示，不卸下傳感器就地清除。對于管徑大于1.5～1.6m的管系在EMF 附近管道上，預置入孔，以便管系停止運行時清洗傳感器測量管內壁。

    （5） 負壓管系的安裝

    氟塑料襯里傳感器須謹慎地應用于負壓管系；正壓管系應防止產生負壓，例如液體溫度高于室溫的管系，關閉傳感器上下游截止閥停止運行后，流體冷卻收縮會形成負壓，應在傳感器附近裝負壓防止閥。有制造廠規定PTFE和PFA塑料襯里應用于負壓管系的壓力可在200C、1000C、1300C時使用的壓力必須分別大于27、40、50KPa。

    （6） 接地

傳感器必須單獨接地（接地電阻100Ω以下）。分離型原則上接地應在傳感器一側，轉換器接地應在同一接地點。如傳感器裝在有陰極腐蝕保護管道上，除了傳感器和接地環一起接地外，還要用較粗銅導線（16mm2）饒過傳感器跨接管道兩連接法蘭上，使陰極保護電流于傳感器之間隔離。有時后雜散電流過大，如電解槽沿著電解液的泄漏電流影響 EMF正常測量，則可采取流量傳感器與其連接的工藝之間電氣隔離的辦法。同樣有陰極保護的管線上，陰極保護電流影響 EMF 測量時，也可以采取本方法。 7.3轉換器安裝和連接電纜 一體型 EMF無單獨安裝轉換器；分離型轉換器安裝在傳感器附近或儀表室，場所選擇余地較大，環境條件比傳感器好些，其防護等級是 IP65 或 IP64 （防塵防濺級）。

安裝場所的要求與6.2節之（1）中3）、4）、6）、8）、9）、10）各條相同，環境溫度受電子件限制，使用溫度范圍比7）規定所列要窄些。轉換器和傳感器間距離受制于被測介質電導率和信號電纜型號，即電纜的分布電容、導線截面和屏蔽層數等。要用制造廠隨儀表所附（或規定型號）的信號電纜。電導率較低液體和傳輸距離較長時，也有規定用三層屏蔽電纜。一般儀表“使用說明書”對不同電導率液體給出相應傳輸距離范圍。單層屏蔽電纜用于工業用水或酸堿液通常可傳送距離100m。為了避免干擾信號，信號電纜必須單獨穿在接地保護鋼管內，不能把信號電纜和電源線安裝在同一鋼管內。

根據使用經驗，實際應用的液體電導率要比儀表制造廠規定的閾值至少大一個數量級。因為制造廠儀表規范規定的下限值是在各種使用條件較好狀態下可測量的zui低值。是受到一些使用條件限制，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。我們就多次遇到測量低度蒸餾水或去離子水，其電導率接近閾值5×10-6S/cm，使用時出現輸出晃動。