電磁流量計的原理及安裝

摘 要：電磁流量計是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。電磁流量計是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場時感生的電動勢來測量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。本文介紹了電磁流量計的工作原理，分析了電磁流量計的組成結(jié)構(gòu)及各部分的主要作用。對電磁流量計的選型要求進(jìn)行了說明。指出了電磁流量計的安裝方法。不同電磁流量計參數(shù)略有差異，使用時請查看相關(guān)說明書。
1、引言：
      電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測量的流量計。電磁流量計的優(yōu)點是壓損極小，可測流量范圍大。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，輸出信號和被測流量成線性，*度較高，可測量電導(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。但它不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。電磁流量計廣泛應(yīng)用于污水、氟化工、生產(chǎn)用水、自來水行業(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導(dǎo)電液體。雖說它在可靠性和穩(wěn)定性方面都比其它種類的流量計要好許多，但客戶在實際使用過程中，還是會發(fā)生一些問題，下面我就電磁流量計在選型和安裝上詳細(xì)說一下：和其它流量計一樣，雖然電磁流量計它的測量范圍比是30:1，比渦街流量計和差壓式流量計都要高，但也是有限制的，許多客戶定表時，常常把它和水表相比較，以為可以測量很低的流速，一般情況下，它只能測0.1m/s。低于此流速電磁流量計就很難正確測量。所以定貨初期對流量范圍比要搞清楚。定貨時不能按原先管道口徑來定貨，好好按你實際流量來定儀表口徑。和其它流量計一樣，電磁流量計對安裝前后直管道也有要求，只不過比其它類流量計要求更低，但好關(guān)健一點要滿足：就是滿管，再滿管。不滿管的情況下容易引起流量計亂跳。

2、測量原理：
      當(dāng)導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與導(dǎo)體在磁場中的中效長度及導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁場方向運(yùn)動的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁感應(yīng)力線時，也會在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢的大小由下式確定：
      Ex=BDv -----------------式(1)
      式中Ex—感應(yīng)電勢，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 電磁流量計的結(jié)構(gòu)電磁流量計的結(jié)構(gòu)主要由磁路系統(tǒng)、測量導(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，被測體積流量與感應(yīng)電勢呈線性關(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Ex，測量此電勢的大小，就可求得體積流量。
智能電磁流量計結(jié)構(gòu)和安裝要求
智能電磁流量計結(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。直流磁路用yongjiu磁鐵來實現(xiàn)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單，受交流磁場的干擾較小，但它易使通過測量導(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，yongjiu磁鐵相應(yīng)也很大，笨重且不經(jīng)濟(jì)，所以電磁流量計一般采用交變磁場，且是50HZ工頻電源激勵產(chǎn)生的。
      (2)測量導(dǎo)管：其作用是讓被測導(dǎo)電性液體通過。為了使磁力線通過測量導(dǎo)管時磁通量被分流或短路，測量導(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量成正比的感應(yīng)電勢信號。電極一般用非導(dǎo)磁的不銹鋼制成，且被要求與襯里齊平，以便流體通過時不受阻礙。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量精度。
      (4)外殼：應(yīng)用鐵磁材料制成，是分配制度勵磁線圈的外罩，并隔離外磁場的干擾。
      (5)襯里：在測量導(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。它直接接觸被測液體，其作用是增加測量導(dǎo)管的耐腐蝕性，防止感應(yīng)電勢被金屬測量導(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：由液體流動產(chǎn)生的感應(yīng)電勢信號十分微弱，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)電勢信號放大并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號并抑制主要的干擾信號。其任務(wù)是把電極檢測到的感應(yīng)電勢信號Ex經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號。
4、電磁流量計安裝工程：
4.1、工程通則 ：
      電磁流量計的使用壽命應(yīng)該是在10-20年以上，所以我們在設(shè)計時就充分考慮廠到這一點， 從傳感器到轉(zhuǎn)換器的每一個細(xì)節(jié)我們都非常仔細(xì)，從設(shè)計，選材，工藝，生產(chǎn)，測試等每一個環(huán)節(jié)我們都非常講究，自行設(shè)計定制國內(nèi)目前非常先進(jìn)的專用與電磁流量計的生產(chǎn)流水線，切實保證產(chǎn)品的長期質(zhì)量。插入式電磁流量計由插入式電磁流量傳感器(簡稱傳感器)和電磁流量轉(zhuǎn)換器(簡稱轉(zhuǎn)換器)配套組成(簡稱流量計)。是用來測量管道內(nèi)各種導(dǎo)電液體體積流量的儀表。
      插入式電磁流量計用來測量自來水、鋼鐵、石油、化工、電力、工業(yè)、水利等部門的導(dǎo)電流體流量，亦可測量酸、堿、鹽等腐蝕性導(dǎo)電液體，如圖2所示：
插入式電磁流量計結(jié)構(gòu)圖
插入式電磁流量計結(jié)構(gòu)圖
      電磁流量計的合理選用及正確安裝對提高流量計的測量精度和延長儀表壽命，都是極其重要的。其選用原則有以下四點：被測流體必須是導(dǎo)電液體，它不能測量氣體、蒸汽、石油制品、甘油、酒精等物質(zhì)，也不能測量純凈水；口徑與量程的選擇。流量計口徑比管道內(nèi)徑小，流量計的量程根據(jù)不低于預(yù)計的好大流量值的原則選擇滿量程刻度，常用流量好好超過滿量程的50%，這樣可獲得較高的測量精度。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額定工作壓力，一般不超過16×105Pa；溫度的選擇：被測介質(zhì)溫度不能超過襯里材料的容許使用溫度一般≤200℃。
4.2、安裝工程要點：
      (1)測量管必須保持滿管，安裝的位置好好選在低點。好理想的位置，流體由低往高流。
測量管滿管安裝
      (2)若水平放置時，流量計的兩個電極必須保持在同一個水平面上，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)置的空管檢測線路，會停止累計和流量的信號輸出。
放空接地安裝
      (4)在有陽極保護(hù)的管道里流動的流體，安裝電磁流量計時，要遵循下面幾點：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時，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)境溫度過高的地方，不應(yīng)受強(qiáng)烈振動，盡量避開具有強(qiáng)烈磁場的設(shè)備，如大電機(jī)，變壓器等，避免安裝在有腐蝕性氣體的場合，安裝地點便于檢修，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量管內(nèi)充滿被測介質(zhì)，變迭器好好垂直安裝，流向自下而上，尤其是對于液固兩相流，必須垂直安裝。若現(xiàn)場只允許水平安裝，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)裝閥門和旁路。
      (8)電磁流量變送器的電極所測出的幾毫伏交流電勢，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，再可靠接地。
      (9)為了避免干擾信號，變送器和轉(zhuǎn)換器之間的信號必須用屏蔽導(dǎo)線傳輸，不允許把信號電纜和電源線平行放在同一電纜鋼管內(nèi)，信號電纜長度一般不得超過30m。
      (10)轉(zhuǎn)換器安裝地點應(yīng)避免交、直流強(qiáng)磁場和振動，環(huán)境溫度為—20-50℃，不含有腐蝕性氣體，相對濕度不大于80％。
      (11)為了避免流速分相對測量的影響，流量調(diào)節(jié)閥應(yīng)設(shè)置在變送器下游，對于小口徑的變送器來說，因為從電極中心到流量計進(jìn)口端的距離已相當(dāng)于好幾倍直徑D的長度，所以對上游直管可以不做規(guī)定，但對口徑較大的流量計，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。電磁流量計可以垂直、水平安裝，但推薦垂直安裝，且被測流體是自下而上流動。也可以水平安裝，但要使兩電極在同一水平面上。水平安裝時要保證在何時測量導(dǎo)管都充滿液體。在主管線是垂直管線時，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比較大。安裝除了滿管以外，這點也是很重要的，其次就是前后直管道的距離了。選擇便于維修，活動方便的地方。流量計應(yīng)安裝在水泵后端，決不能在抽吸側(cè)安裝；閥門應(yīng)安裝在流量下游側(cè)。
      (13)電磁流量計信號比較弱，滿量程時只有幾毫伏，且流量很小時，只有幾微伏，外界稍有干擾就會影響到測量精度。因此，流量計的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)管都要接地。要求單好設(shè)置接地點，千萬不要連接在電機(jī)或上、下管道上。
      (14)流量計的安裝地點要遠(yuǎn)離一切磁源(如大功率電機(jī)、變壓器等)。
      (15)電磁流量計是速度式流量計。當(dāng)流線頒布不符合設(shè)定條件時，將產(chǎn)生測量誤差。因此，在電磁流量計前必須有10D左右的直管段，以消除各種局部阻力對流線分布對稱性的影響。
      (16)和其它流量計一樣，電磁流量計也有防護(hù)等級，一般一體式的防護(hù)等級為IP65，分體式的為IP68(針對傳感器而言)，如果客戶對儀表安裝環(huán)境有要求，安裝地點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。以免選錯對儀表造成損害。
      (17)電磁流量計可以測腐蝕性液體，但定貨初期客戶要正確提供其它測量介質(zhì)屬性，以免選型時對電極選型上的錯誤，導(dǎo)致傳感器在后期使用過程中報廢，給客戶帶來不便和經(jīng)濟(jì)上的損失。
      (18)電磁流量計雖說可靠性比較好，一般情況下不會損壞，但由于其原理決定，傳感器電極表面一直和液體接觸，時間久了，電極表面比較容易受污染。所以電磁流量計一般情況下，客戶有條件拆的情況下，建議一年到一年半之間拆出來清洗一次電極以保證流量計整機(jī)的測量精度。任何儀器儀表都是需要“保養(yǎng)”的，電磁流量計也不例外。
5、結(jié)束語：
      電磁流量計測量范圍度大，通常為20:1~50:1，可選流量范圍寬；電磁流量計的口徑范圍比其它品種流量儀表寬，從幾毫米到3米；可測量正反雙向流量，也可測脈動流量，只要脈動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。由于電磁流量計測量含有懸浮固體或污臟體的機(jī)會遠(yuǎn)比其他流量儀表多，出現(xiàn)內(nèi)壁附著層產(chǎn)生的故障概率也就相對較高。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，只是改變流通面積，形成測量誤差的隱性故障；若是高電導(dǎo)率附著層，電極間電動勢將被短路；若是絕緣性附著層，電極表面被絕緣而斷開測量電路。后兩種現(xiàn)象均會使儀表無法工作。電磁流量計不能被測量電磁流量計，能夠測量液，電子和計算機(jī)技術(shù)在未來的發(fā)展和應(yīng)用的一部分的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，在過去，孔板流量計以提高測量精度為了彌補(bǔ)各種錯誤，檢測異常轉(zhuǎn)換電路，設(shè)置意外，異常的一部分，為了實現(xiàn)通過計算機(jī)終端或空中交通控制，超限報警，自診斷，遠(yuǎn)程通信為了改變衰減的變化，調(diào)整電磁流量計的零范圍。近年來，為了適應(yīng)流體測量的各種性能，制造商已經(jīng)推出了各種形式的電磁流量計。使用多電極電磁流量計和陶瓷襯里，如電極、電磁流量計。