電磁流量計(jì)的原理及安裝

摘 要：電磁流量計(jì)是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。電磁流量計(jì)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)導(dǎo)電流體通過(guò)外加磁場(chǎng)時(shí)感生的電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。本文介紹了電磁流量計(jì)的工作原理，分析了電磁流量計(jì)的組成結(jié)構(gòu)及各部分的主要作用。對(duì)電磁流量計(jì)的選型要求進(jìn)行了說(shuō)明。指出了電磁流量計(jì)的安裝方法。不同電磁流量計(jì)參數(shù)略有差異，使用時(shí)請(qǐng)查看相關(guān)說(shuō)明書(shū)。
1、引言：
      電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè)量的流量計(jì)。電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測(cè)流量范圍大。好大流量與好小流量的比值一般為20:1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，好大可達(dá)3m，輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性，*度較高，可測(cè)量電導(dǎo)率≥1μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿的流體流量。但它不能測(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于污水、氟化工、生產(chǎn)用水、自來(lái)水行業(yè)以及醫(yī)藥，鋼鐵等等諸多方面。由于原理決定了它只能測(cè)導(dǎo)電液體。雖說(shuō)它在可靠性和穩(wěn)定性方面都比其它種類的流量計(jì)要好許多，但客戶在實(shí)際使用過(guò)程中，還是會(huì)發(fā)生一些問(wèn)題，下面我就電磁流量計(jì)在選型和安裝上詳細(xì)說(shuō)一下：和其它流量計(jì)一樣，雖然電磁流量計(jì)它的測(cè)量范圍比是30:1，比渦街流量計(jì)和差壓式流量計(jì)都要高，但也是有限制的，許多客戶定表時(shí)，常常把它和水表相比較，以為可以測(cè)量很低的流速，一般情況下，它只能測(cè)0.1m/s。低于此流速電磁流量計(jì)就很難正確測(cè)量。所以定貨初期對(duì)流量范圍比要搞清楚。定貨時(shí)不能按原先管道口徑來(lái)定貨，好好按你實(shí)際流量來(lái)定儀表口徑。和其它流量計(jì)一樣，電磁流量計(jì)對(duì)安裝前后直管道也有要求，只不過(guò)比其它類流量計(jì)要求更低，但好關(guān)健一點(diǎn)要滿足：就是滿管，再滿管。不滿管的情況下容易引起流量計(jì)亂跳。

2、測(cè)量原理：
      當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的中效長(zhǎng)度及導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁感應(yīng)力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢(shì)的大小由下式確定：
      Ex=BDv -----------------式(1)
      式中Ex—感應(yīng)電勢(shì)，V B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，T D—管道內(nèi)徑，m v—液體的平均流速，m/s然而體積流量q v 等于流體的流速v 與管道截面積(πD2)/4的乘積，將式(1)代入該式得：
Qv=(πD/4B)* Ex ---------式(2)
      由上式可知，在管道直徑D已定且保持3 電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)主要由磁路系統(tǒng)、測(cè)量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等部分組成。
      磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，被測(cè)體積流量與感應(yīng)電勢(shì)呈線性關(guān)系。若在管道兩側(cè)各插入一根電極，就可引入感應(yīng)電勢(shì)Ex，測(cè)量此電勢(shì)的大小，就可求得體積流量。
智能電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)和安裝要求
智能電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)和安裝要求
      (1)磁路系統(tǒng)：其作用是產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場(chǎng)。直流磁路用yongjiu磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，受交流磁場(chǎng)的干擾較小，但它易使通過(guò)測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)的電解質(zhì)液體極化，使正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被正離子包圍，即電極的極化現(xiàn)象，并導(dǎo)致兩電極之產(chǎn)蝗內(nèi)阻增大，因而嚴(yán)重影響儀表正常工作。當(dāng)管道直徑較大時(shí)，yongjiu磁鐵相應(yīng)也很大，笨重且不經(jīng)濟(jì)，所以電磁流量計(jì)一般采用交變磁場(chǎng)，且是50HZ工頻電源激勵(lì)產(chǎn)生的。
      (2)測(cè)量導(dǎo)管：其作用是讓被測(cè)導(dǎo)電性液體通過(guò)。為了使磁力線通過(guò)測(cè)量導(dǎo)管時(shí)磁通量被分流或短路，測(cè)量導(dǎo)管必須采用不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率和具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，可選用不導(dǎo)磁的不銹鋼、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料、鋁等。
      (3)電極：其作用是引出和被測(cè)量成正比的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。電極一般用非導(dǎo)磁的不銹鋼制成，且被要求與襯里齊平，以便流體通過(guò)時(shí)不受阻礙。它的安裝位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆積在其上面而影響測(cè)量精度。
      (4)外殼：應(yīng)用鐵磁材料制成，是分配制度勵(lì)磁線圈的外罩，并隔離外磁場(chǎng)的干擾。
      (5)襯里：在測(cè)量導(dǎo)管的內(nèi)側(cè)及法蘭密封面上，有一層完整的電絕緣襯里。它直接接觸被測(cè)液體，其作用是增加測(cè)量導(dǎo)管的耐腐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量導(dǎo)管管壁短路。襯里材料多為耐腐蝕、耐高溫、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。
      (6)轉(zhuǎn)換器：由液體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)十分微弱，受各種干擾因素的影響很大，轉(zhuǎn)換器的作用就是將感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并抑制主要的干擾信號(hào)。其任務(wù)是把電極檢測(cè)到的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)Ex經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)。
4、電磁流量計(jì)安裝工程：
4.1、工程通則 ：
      電磁流量計(jì)的使用壽命應(yīng)該是在10-20年以上，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮廠到這一點(diǎn)， 從傳感器到轉(zhuǎn)換器的每一個(gè)細(xì)節(jié)我們都非常仔細(xì)，從設(shè)計(jì)，選材，工藝，生產(chǎn)，測(cè)試等每一個(gè)環(huán)節(jié)我們都非常講究，自行設(shè)計(jì)定制國(guó)內(nèi)目前非常先進(jìn)的專用與電磁流量計(jì)的生產(chǎn)流水線，切實(shí)保證產(chǎn)品的長(zhǎng)期質(zhì)量。插入式電磁流量計(jì)由插入式電磁流量傳感器(簡(jiǎn)稱傳感器)和電磁流量轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)換器)配套組成(簡(jiǎn)稱流量計(jì))。是用來(lái)測(cè)量管道內(nèi)各種導(dǎo)電液體體積流量的儀表。
      插入式電磁流量計(jì)用來(lái)測(cè)量自來(lái)水、鋼鐵、石油、化工、電力、工業(yè)、水利等部門(mén)的導(dǎo)電流體流量，亦可測(cè)量酸、堿、鹽等腐蝕性導(dǎo)電液體，如圖2所示：
插入式電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖
插入式電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖
      電磁流量計(jì)的合理選用及正確安裝對(duì)提高流量計(jì)的測(cè)量精度和延長(zhǎng)儀表壽命，都是極其重要的。其選用原則有以下四點(diǎn)：被測(cè)流體必須是導(dǎo)電液體，它不能測(cè)量氣體、蒸汽、石油制品、甘油、酒精等物質(zhì)，也不能測(cè)量純凈水；口徑與量程的選擇。流量計(jì)口徑比管道內(nèi)徑小，流量計(jì)的量程根據(jù)不低于預(yù)計(jì)的好大流量值的原則選擇滿量程刻度，常用流量好好超過(guò)滿量程的50%，這樣可獲得較高的測(cè)量精度。常用流速為2-4m/s 好合適；壓力的選擇：使用壓力必須低于電磁流量計(jì)額定工作壓力，一般不超過(guò)16×105Pa；溫度的選擇：被測(cè)介質(zhì)溫度不能超過(guò)襯里材料的容許使用溫度一般≤200℃。
4.2、安裝工程要點(diǎn)：
      (1)測(cè)量管必須保持滿管，安裝的位置好好選在低點(diǎn)。好理想的位置，流體由低往高流。
測(cè)量管滿管安裝
      (2)若水平放置時(shí)，流量計(jì)的兩個(gè)電極必須保持在同一個(gè)水平面上，為了防止沉淀物或在管ding的空氣令它絕緣。
      (3)如有需要，可以讓管放空，內(nèi)置的空管檢測(cè)線路，會(huì)停止累計(jì)和流量的信號(hào)輸出。
放空接地安裝
      (4)在有陽(yáng)極保護(hù)的管道里流動(dòng)的流體，安裝電磁流量計(jì)時(shí)，要遵循下面幾點(diǎn)：為了讓流體能夠良好接地，我們要使用地環(huán)；傳感器跟管道連起來(lái)時(shí)，法蘭之間要有絕緣墊，螺桿上也要用上絕緣套；管道兩邊的法蘭必須要用6mm²芯的銅電纜連在一起，防止電流流經(jīng)傳感器。
      (5)電磁流量變送器應(yīng)安裝在室內(nèi)干燥通風(fēng)處，避免安裝在環(huán)境溫度過(guò)高的地方，不應(yīng)受強(qiáng)烈振動(dòng)，盡量避開(kāi)具有強(qiáng)烈磁場(chǎng)的設(shè)備，如大電機(jī)，變壓器等，避免安裝在有腐蝕性氣體的場(chǎng)合，安裝地點(diǎn)便于檢修，這是保證變送器正常運(yùn)行的環(huán)境條件。
      (6)為了保證電磁流量變送器測(cè)量管內(nèi)充滿被測(cè)介質(zhì)，變迭器好好垂直安裝，流向自下而上，尤其是對(duì)于液固兩相流，必須垂直安裝。若現(xiàn)場(chǎng)只允許水平安裝，則必須保證兩電極在同一水平面。
      (7)電磁流量變送器兩端應(yīng)裝閥門(mén)和旁路。
      (8)電磁流量變送器的電極所測(cè)出的幾毫伏交流電勢(shì)，是以變送器內(nèi)液體電位為基礎(chǔ)的。為了使液體電位穩(wěn)定并位變送器與流體保持等電位，以保證穩(wěn)定地進(jìn)行測(cè)量，變送器外殼與金屬管兩端應(yīng)有良好的接地，轉(zhuǎn)換器外殼也應(yīng)接地，接地電阻不能大于10，不能與其它電器設(shè)備的接地線共用。如果不能保證變送器外殼與金屬管道良好接觸，應(yīng)用金屬導(dǎo)線將它們連接起來(lái)，再可靠接地。
      (9)為了避免干擾信號(hào)，變送器和轉(zhuǎn)換器之間的信號(hào)必須用屏蔽導(dǎo)線傳輸，不允許把信號(hào)電纜和電源線平行放在同一電纜鋼管內(nèi)，信號(hào)電纜長(zhǎng)度一般不得超過(guò)30m。
      (10)轉(zhuǎn)換器安裝地點(diǎn)應(yīng)避免交、直流強(qiáng)磁場(chǎng)和振動(dòng)，環(huán)境溫度為—20-50℃，不含有腐蝕性氣體，相對(duì)濕度不大于80％。
      (11)為了避免流速分相對(duì)測(cè)量的影響，流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)設(shè)置在變送器下游，對(duì)于小口徑的變送器來(lái)說(shuō)，因?yàn)閺碾姌O中心到流量計(jì)進(jìn)口端的距離已相當(dāng)于好幾倍直徑D的長(zhǎng)度，所以對(duì)上游直管可以不做規(guī)定，但對(duì)口徑較大的流量計(jì)，一般上游應(yīng)有5D以上的直管段，下游一般不做直管段要求。
      (12)安裝位置。電磁流量計(jì)可以垂直、水平安裝，但推薦垂直安裝，且被測(cè)流體是自下而上流動(dòng)。也可以水平安裝，但要使兩電極在同一水平面上。水平安裝時(shí)要保證在何時(shí)測(cè)量導(dǎo)管都充滿液體。在主管線是垂直管線時(shí)，一般情況下，要求水流是自下而上，盡量不要自上而下。后者容易引起流量波動(dòng)比較大。安裝除了滿管以外，這點(diǎn)也是很重要的，其次就是前后直管道的距離了。選擇便于維修，活動(dòng)方便的地方。流量計(jì)應(yīng)安裝在水泵后端，決不能在抽吸側(cè)安裝；閥門(mén)應(yīng)安裝在流量下游側(cè)。
      (13)電磁流量計(jì)信號(hào)比較弱，滿量程時(shí)只有幾毫伏，且流量很小時(shí)，只有幾微伏，外界稍有干擾就會(huì)影響到測(cè)量精度。因此，流量計(jì)的外殼、屏蔽線、測(cè)量導(dǎo)管都要接地。要求單好設(shè)置接地點(diǎn)，千萬(wàn)不要連接在電機(jī)或上、下管道上。
      (14)流量計(jì)的安裝地點(diǎn)要遠(yuǎn)離一切磁源(如大功率電機(jī)、變壓器等)。
      (15)電磁流量計(jì)是速度式流量計(jì)。當(dāng)流線頒布不符合設(shè)定條件時(shí)，將產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此，在電磁流量計(jì)前必須有10D左右的直管段，以消除各種局部阻力對(duì)流線分布對(duì)稱性的影響。
      (16)和其它流量計(jì)一樣，電磁流量計(jì)也有防護(hù)等級(jí)，一般一體式的防護(hù)等級(jí)為IP65，分體式的為IP68(針對(duì)傳感器而言)，如果客戶對(duì)儀表安裝環(huán)境有要求，安裝地點(diǎn)在地下陰井或其它一些潮濕的地方，建議客戶選用分體式的。以免選錯(cuò)對(duì)儀表造成損害。
      (17)電磁流量計(jì)可以測(cè)腐蝕性液體，但定貨初期客戶要正確提供其它測(cè)量介質(zhì)屬性，以免選型時(shí)對(duì)電極選型上的錯(cuò)誤，導(dǎo)致傳感器在后期使用過(guò)程中報(bào)廢，給客戶帶來(lái)不便和經(jīng)濟(jì)上的損失。
      (18)電磁流量計(jì)雖說(shuō)可靠性比較好，一般情況下不會(huì)損壞，但由于其原理決定，傳感器電極表面一直和液體接觸，時(shí)間久了，電極表面比較容易受污染。所以電磁流量計(jì)一般情況下，客戶有條件拆的情況下，建議一年到一年半之間拆出來(lái)清洗一次電極以保證流量計(jì)整機(jī)的測(cè)量精度。任何儀器儀表都是需要“保養(yǎng)”的，電磁流量計(jì)也不例外。
5、結(jié)束語(yǔ)：
      電磁流量計(jì)測(cè)量范圍度大，通常為20:1~50:1，可選流量范圍寬；電磁流量計(jì)的口徑范圍比其它品種流量?jī)x表寬，從幾毫米到3米；可測(cè)量正反雙向流量，也可測(cè)脈動(dòng)流量，只要脈動(dòng)頻率低于激磁頻率很多；儀表輸出本質(zhì)上是線性的；易于選擇與流體接觸件的材料品種，可應(yīng)用于腐蝕性流體等優(yōu)點(diǎn)。由于電磁流量計(jì)測(cè)量含有懸浮固體或污臟體的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)比其他流量?jī)x表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對(duì)較高。若附著層電導(dǎo)率與液體電導(dǎo)率相近，儀表還能正常輸出信號(hào)，只是改變流通面積，形成測(cè)量誤差的隱性故障；若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動(dòng)勢(shì)將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開(kāi)測(cè)量電路。后兩種現(xiàn)象均會(huì)使儀表無(wú)法工作。電磁流量計(jì)不能被測(cè)量電磁流量計(jì)，能夠測(cè)量液，電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用的一部分的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，在過(guò)去，孔板流量計(jì)以提高測(cè)量精度為了彌補(bǔ)各種錯(cuò)誤，檢測(cè)異常轉(zhuǎn)換電路，設(shè)置意外，異常的一部分，為了實(shí)現(xiàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)終端或空中交通控制，超限報(bào)警，自診斷，遠(yuǎn)程通信為了改變衰減的變化，調(diào)整電磁流量計(jì)的零范圍。近年來(lái)，為了適應(yīng)流體測(cè)量的各種性能，制造商已經(jīng)推出了各種形式的電磁流量計(jì)。使用多電極電磁流量計(jì)和陶瓷襯里，如電極、電磁流量計(jì)。