一(yī)、概述(shù):
　　電磁流量計 是(shì)60年代起發展起來的(de).應用法拉(lā)第電(diàn)磁感應原(yuán)理(lǐ)制(zhì)成的,測量(liàng)導電介質體(tǐ)積流量(liàng)的新型(xíng)感應式流(liú)量測量儀表(biǎo).由傳感(gǎn)器(變送(sòng)器)和轉換(huàn)器兩(liǎng)部分組(zǔ)成。
(一)電磁流量計具有(yǒu)以下特點
1、它的(de)傳感器結(jié)構簡(jiǎn)單、可靠(kào).無可動(dòng)部件(jiàn)和節流部(bù)件,因而,當流體通過時不(bú)會引(yǐn)起任(rèn)何(hé)附(fù)加的(de)壓力(lì)損失.無磨(mó)損、堵塞等(děng)現象(xiàng).由于(yú)它結(jié)構.上(shàng)無運動部件.故(gù)可通過附上耐(nài)腐蝕(shí)絕緣(yuán)村裏和選擇耐腐材料制(zhì)成電極,具(jù)有(yǒu)很好(hǎo)的耐腐(fǔ)蝕性能.故而.工(gōng)作壽命長。
2、它是一種體積流量測量(liàng)儀表,故不(bú)受(shòu)被測介質的溫度、粘(zhān)度、密(mì)度以及一-定(dìng)範圍(wéi)内電導(dǎo)率的影(yǐng)響。
3、電磁流量計的量程(chéng)範圍極(jí)寬,同一台電磁流量計(jì)的量程(chéng)比可達1 : 100。
4、電(diàn)磁流(liú)量計(jì)隻與被測(cè)介質的平(píng)均流速成正比。而(ér)與(yǔ)軸對稱分布下(xià)的流(liú)動(dòng)狀(zhuàng)态(層(céng)流或紊(wěn)流(liú))無關(guān)。
5、電磁流(liú)量(liàng)計反(fǎn)應靈敏、線性(xìng)好.可以(yǐ)測量瞬時(shí)脈動流(liú)量(liàng)可就(jiù)地顯(xiǎn)示或(huò)遠距離傳送.也可與(yǔ)單元組合(hé)儀表(biǎo).計算機配套組(zǔ)成。(各種自動檢(jiǎn)測、調(diào)節系統和(hé)程(chéng)控(kòng)系統。)
電磁(cí)流量(liàng)計也有一(yī)些不足之處.主要是:
1、它(tā)隻(zhī)能測量具(jù)有(yǒu)一定導(dǎo)電性的(de)液體。
2、它(tā)要求被測(cè)介(jiè)質(zhì)具有一定(dìng)範圍(wéi)的電導(dǎo)率，10-1~10-5s/cm之間(jiān).相當(dāng)于蒸餾水的電導率。
3、不能(néng)測量高(gāo)溫高壓(yā)流體(測(cè)量(liàng)管的(de)絕緣襯裏材料受溫度的(de)限制造(zào)成)。
4、 受流(liú)速分(fèn)布影(yǐng)響.其前(qián)後(hòu)須有一定(dìng)的直(zhí)管段。
5、易受外界(jiè)電磁(cí)幹(gàn)擾(rǎo)。
(二)基(jī)本原理
　　在磁感(gǎn)應強度爲b的均(jun1)勻磁場中(zhōng).垂直(zhí)于磁場(chǎng)方(fāng)向放一個内徑爲d的不導磁(cí)管道.當(dāng)導電(diàn)液(yè)體在管(guǎn)道中以(yǐ)流速v流動時.導電流體(tǐ).切割(gē)磁力線,若(ruò)在管(guǎn)道(dào)截面上(shàng)垂直于磁場的(de)直徑兩端(duān)安裝一對電極,隻要(yào)管道(dào)内流速分(fèn)布爲(wèi)軸對(duì)稱.則(zé)兩電(diàn)極之間将(jiāng)産生感(gǎn)生(shēng)電動勢e.根(gēn)據法拉第(dì)電磁感應(yīng)原理(lǐ)。

兩(liǎng)式(shì)中:
e一感應(yīng) 電動(dòng)勢伏(fú)特
b一(yī)磁感應強(qiáng)度韋(wéi)伯/米“
d一管道内徑米
`u一(yī)流體平(píng)均(jun1)流速(sù)米(mǐ)/秒
qr一(yī)流體(tǐ)體積(jī)流(liú)量立方米/小時
要使式2嚴格(gé)成立(lì)。必須(xū)使測(cè)量條(tiáo)件滿(mǎn)足
(1)磁場是(shì)均勻分布的恒(héng)定磁場
(2)被測流(liú)體的流(liú)速(sù)爲軸(zhóu)對稱(chēng)分(fèn)布
(3)被測(cè)液體是非磁性(xìng).電導(dǎo)率均勻且(qiě)各
向同(tóng)性(xìng)。
(三)電(diàn)磁流量(liàng)計系統(tǒng)
1、基本系統(tǒng):由傳(chuán)感器(qì)和轉換器(qì)組成.僅(jǐn)完(wán)成流量的檢測.顯示如圖a:

2、擴(kuò)展系統:基本系統加流(liú)量積算器組成(chéng),除基本(běn)功能外(wài),還具有累積流(liú)量的功能,并可(kě)配置(zhì)停電計時(shí)器(qì),以(yǐ)修正系統(tǒng)停電時被漏計(jì)的排放流量,加(jiā)圖b;

3、智能(néng)型(xíng)系統(tǒng):由基(jī)本系統和(hé)流量計(jì)算機組(zǔ)成.具(jù)有顯示瞬(shùn)時流量累(lèi)積流量,日(rì)期(qī)和時詢(xún)的功能.具(jù)有開方(fāng)比(bǐ)例積算器(qì)和定(dìng)值輸(shū)出等(děng)功能,并可完成(chéng)打印、通訊和聯網.如圖c:

二、基本(běn)系統(tǒng)簡介
(一)轉(zhuǎn)換器
1、轉換器工作原理
　　傳感器輸出(chū)一個(gè)毫伏(fú)級的微(wēi)弱信号,經轉換器将信(xìn)号放大,變(biàn)成标(biāo)準的信号輸出(chū)(傳感器等(děng)效一(yī)高内(nèi)阻(zǔ)的信号(hào)源(yuán))。
轉(zhuǎn)換(huàn)器原理(lǐ)框圖(tú)如圖1所示(shì).它接受來(lái)自傳(chuán)感器的(de)信号,經(jīng)中間級放大.剔除無(wú)關信号,檢(jiǎn)出有用(yòng)信号,再(zài)經整(zhěng)流放(fàng)大,變(biàn)成單流量成比例的電壓信号。最後将(jiāng)流(liú)量信(xìn)号變成标準的(de)信号形式(shì)。

　　轉換器中的信号發(fā)生器能産生工頻八分頻的方(fāng)波.此信号激勵勵磁驅動器,向(xiàng)傳(chuán)感器輸出同(tóng)頻率(lǜ)的勵磁電(diàn)流.信号發生器也産生抗幹擾級的同步(bù)控制(zhì)信(xìn)号。
2、性能
電磁(cí)流量轉(zhuǎn)換器具有:
(l)穩(wěn)定(dìng)地(dì)進行線性放大。
(2)能夠(gòu)分辯(biàn)和抑制各種(zhǒng)幹擾(rǎo)信号
(3)具有足(zú)夠(gòu)高的輸(shū)入阻抗
(4)能夠消除電源(yuán)電壓和(hé)頻率波動的影(yǐng)響
(二)傳感器
1、基(jī)本組成(chéng)
　　電(diàn)磁流量計(jì)的廣泛應用,使(shǐ)傳感器派(pài)生出(chū)各種形式(shì),目(mù)前(qián)常用的有:管道(dào)式、潛水式、播入式(shì)三種,傳感器(qì)也(yě)稱(chēng)電磁(cí)流量(liàng)變送(sòng)器,傳(chuán)感器通常(cháng)包含(hán)以下四(sì)部(bù)分。
(l)用于引導(dǎo)液(yè)流和(hé)測量的導管,也即測(cè)量管。
(2)由勵(lì)磁線圈和磁扼(è)組成的勵磁系統,用來(lái)産(chǎn)生工(gōng)作磁場(chǎng)。
(3)流(liú)量信号檢(jiǎn)測部(bù)分,包括電極(jí)、信号引(yǐn)線、接線(xiàn)盒。
　　傳感器(變送器)的電(diàn)極安裝在(zài)與磁場垂直(zhí)的(de)測量(liàng)管(guǎn)的兩(liǎng)側(cè)管壁上.它(tā)的作用是(shì)把被測介(jiè)質切(qiē)割磁力線所産(chǎn)生的流量(liàng)信号引出(其(qí)材料必(bì)須是非(fēi)磁性導(dǎo)電材(cái)料)。
(4)幹擾調(diào)整機構
幹擾調(diào)整機構實際上(shàng)是一個“變壓器(qì)調零”裝置,是爲(wèi)了抑(yì)制由(yóu)于“變(biàn)壓器效(xiào)應”而産生正交幹擾的一種方(fāng)法。
(5)起隔(gé)離和保護傳感器内(nèi)部結構作(zuò)用.的外殼
2、三種形式
(1) 管道式電磁流量計 :爲标(biāo)準流量(liàng)計,通(tōng)過(guò)法蘭接入(rù)輸送液流的管(guǎn)道來(lái)測量液體(tǐ)流量。
(2)潛(qián)水式電磁流(liú)量計:是一種(zhǒng)密(mì)封的電(diàn)磁流量(liàng)計,可潛(qián)入明渠(qú)或暗(àn)溝(gōu)中,測量(liàng)液體流量。
(3) 插入(rù)式電(diàn)磁流量計(jì) :是将(jiāng)流量計的勵磁部分(fèn)電極(jí)小型化.取(qǔ)消傳感器外殼.通過(guò)管柱将敏感電極插入大型管(guǎn)道中.并支承在管道的管壁上,以此來(lái)測量管道中的體(tǐ)積流量,這種流(liú)量計結構簡單.以小巧的結構來測量大(dà)管道中的(de)流量.經濟(jì)實(shí)用(yòng)。可在管道不停(tíng)供液(yè)流(liú)的(de)情況下安(ān)裝與維修(xiū)。
3、傳感器對(duì)被測介質的要求:
　　被(bèi)測介(jiè)質的(de)電導(dǎo)率過高或過低(dī)都會(huì)影(yǐng)響流量(liàng)測量(liàng)的精(jīng)度一(yī)般要求電導率域10-1~10-5sc/m之間,即可得到滿意的測量(liàng)結果(guǒ)。
三、電磁流量(liàng)計的選(xuǎn)用型(xíng)與安(ān)裝
(一)選用(yòng)
　　電磁流量計的(de)選用,主要是變(biàn)送器(qì)(傳感器)的(de)正确選(xuǎn)用,而轉(zhuǎn)換器隻需與之(zhī)配套即可。
1、口徑(jìng)與量程的選擇(zé)
　　變送器的量程(chéng)可以(yǐ)根據(jù)兩條(tiáo)原則選拔(bá):一是儀表(biǎo)滿量(liàng)程大(dà)于預計(jì)的最大(dà)流量(liàng)值;二是正常(cháng)流(liú)量大于儀(yí)表滿量程(chéng)的(de)50%,以(yǐ)保證一定的測(cè)量精度。
　　口徑通(tōng)常選(xuǎn)用與管道系統相同的口(kǒu)徑(但也可(kě)以利(lì)用異(yì)徑管,選擇小于(yú)管道系統(tǒng)的口徑),對管道(dào)有(yǒu)待(dài)設計的,根(gēn)據流量(liàng)範(fàn)圍來選擇.對電磁流(liú)量計,流體流速(sù)選在0.5~10m/s一般選在(zài)0.8~4ms/爲宜(yí)·确定後,根(gēn)據vq=π/4d2`u場(chǎng)來确(què)定變(biàn)送器口徑(jìng)。
2、溫度(dù)和壓(yā)力(lì)的選擇
　　電磁(cí)流量計對(duì)能測量(liàng)的流體(tǐ)壓力與溫(wēn)度有一定限(xiàn)制,一般(bān)情況下(xià):
小于?50mm口徑時(shí)工作壓力爲(wèi)1.6mpa左右
?80~900mm口徑工(gōng)作壓力爲1mpa左(zuǒ)右
大小?1000mm口徑(jìng)工作(zuò)壓力爲(wèi).06mpa左(zuǒ)右
對(duì)于特(tè)殊要(yào)求,可(kě)與廠(chǎng)家(jiā)要求特(tè)殊處理。
　　工作溫度取決(jué)于(yú)襯裏(lǐ)材料一般爲5~70℃,經(jīng)特殊(shū)處理(lǐ)的變(biàn)送器允許被測介質溫度可達(dá)-40℃~130℃。
3、内襯材料(liào)與電極材料的選擇(zé)
應根據具體測(cè)量的(de)介質(zhì).加以(yǐ)慎重地(dì)選擇(zé)。
(二)安裝(zhuāng)的(de)要求
　　要(yào)保證電磁流量(liàng)計的(de)測量(liàng)精度,正确的(de)安(ān)裝是(shì)很重(zhòng)要的(de)。
(l)變送(sòng)器應(yīng)安裝在室(shì)内幹燥通風處(chù)·避免安裝(zhuāng)在環境(jìng)溫度過高的(de)地方,不應受強(qiáng)烈振(zhèn)動.盡量避(bì)開具有強烈磁(cí)場的設備.如大(dà)電機、變壓(yā)器等(děng),避免安裝在有(yǒu)腐蝕性(xìng)氣(qì)體的場合.安裝地點(diǎn)便于檢修.這是(shì)保證(zhèng)變送(sòng)器正(zhèng)常i省行的環境(jìng)條件(jiàn)。
(2)爲了保證(zhèng)變送器(qì)測量管内充(chōng)滿(mǎn)被測介(jiè)質,變送器最好(hǎo)垂直安裝(zhuāng),流向(xiàng)自下(xià)而上(shàng)。尤其是對(duì)于液固兩相流,必須垂直(zhí)安裝,一(yī)則可以(yǐ)防被測介(jiè)質相分離,二則使變(biàn)送器測(cè)量(liàng)管四(sì)周的襯裏磨損(sǔn)比較均(jun1)勻。若現(xiàn)場隻允許水平(píng)安裝,則(zé)必(bì)須保證兩電(diàn)極在同(tóng)一水平面(miàn)。在水(shuǐ)平的(de)管道上應(yīng)避免将(jiāng)變送(sòng)器安裝(zhuāng)在(zài)管(guǎn)道的底部以防(fáng)止沉澱,或安裝(zhuāng)在可(kě)能不能(néng)充滿介(jiè)質管(guǎn)道的頂部(bù)、以防止空氣泡(pào)。
(3)變送器兩端應(yīng)裝閥門(mén)和(hé)旁路。
(4)電磁(cí)流量變送(sòng)器的電極(jí)所測(cè)出的(de)幾毫(háo)伏交(jiāo)流電勢(shì),是以變送器内液體電(diàn)位(wèi)爲基礎(chǔ)的。爲(wèi)了使液體(tǐ)電位(wèi)穩定并使(shǐ)變送器與流體保持(chí)等電(diàn)位(wèi),以(yǐ)保證穩定地進行測(cè)量,變送器外殼(ké)與金(jīn)屬(shǔ)管兩端應有良好的接(jiē)地,轉(zhuǎn)換器外殼也應接地,接地(dì)電阻不能大于(yú)ion,不能與(yǔ)其(qí)它電器設備(bèi)的接地(dì)線共用,如果不能保(bǎo)證變送器(qì)外殼與金(jīn)屬管(guǎn)道良(liáng)好接觸,應(yīng)用金屬(shǔ)導線将(jiāng)它們(men)連接起來(lái),再可靠接地。
(5)爲(wèi)了避(bì)免幹(gàn)擾信(xìn)号,變送器和轉(zhuǎn)換器(qì)之間的信号必須用(yòng)屏蔽導線(xiàn)傳輸,不允(yǔn)許把(bǎ)信号(hào)電纜(lǎn)和電(diàn)源線平行(háng)放在同一電纜(lǎn)鋼管内,信号電(diàn)纜長度一般不(bú)得超30m。
(6)轉換(huàn)器(qì)安(ān)裝地點應(yīng)避免(miǎn)交、直(zhí)流強磁場(chǎng)和振動,環(huán)境溫(wēn)度爲-20℃~50℃,不含(hán)有腐(fǔ)蝕氣(qì)體,相(xiàng)對濕(shī)度不大于(yú)80%。
(7)爲了(le)避免流速分布對測(cè)量的(de)影響(xiǎng),流量(liàng)調(diào)節閥應(yīng)設置在(zài)變送器(qì)下遊.對(duì)于(yú)小口徑的變(biàn)送(sòng)器來(lái)說.因爲從電極(jí)中心(xīn)到流(liú)量計(jì)進口端的距離(lí)已相(xiàng)當于好幾(jǐ)倍直徑(jìng)d的長度(dù),所以(yǐ)對(duì)上遊直(zhí)管可以(yǐ)不(bú)做規(guī)定,但對(duì)口徑較大的流量(liàng)計.一(yī)般上(shàng)遊應有sd以(yǐ)上的直管(guǎn)段.下(xià)遊(yóu)應有(yǒu)3d以(yǐ)上直(zhí)管段(duàn)要(yào)求。
(8)當(dāng)管道與(yǔ)變(biàn)送(sòng)器的(de).口徑(jìng)不一(yī)緻時(shí).通常(cháng)在變(biàn)送器(qì)兩端安裝(zhuāng)三斬(zhǎn)擴管和三斬縮管,然後(hòu)與(yǔ)工藝管道(dào)連(lián)接.在一(yī)般情況下,變送(sòng)器的口徑(jìng)小于(yú)管道口徑,安裝的三斬縮(suō)管其(qí)圓園錐角不應(yīng)大于15度(dù)。
四、電磁(cí)流(liú)量計的(de)主要(yào)誤差來源(yuán)及
防(fáng)範的(de)初步(bù)分析
(一)非軸(zhóu)對(duì)稱流(liú)動引(yǐn)起(qǐ)的誤差。
　　對電磁流量計(jì),隻要管内流速爲軸對稱分布(bù),則電極(jí)上(shàng)産生的感(gǎn)應(yīng)電(diàn)動勢(shì)e與流動狀态無(wú)關,僅與流(liú)體的(de)平均(jun1)流速(sù)成正比,流(liú)速的(de)軸對(duì)稱分布,是滿足(zú)其正常工作的(de)基本條件之一(yī)。一旦破壞(huài)了流體流速(sù)的軸對(duì)稱,由于每個流(liú)體質(zhì)點相(xiàng)對于(yú)電極(jí)的幾(jǐ)何(hé)位(wèi)置不同,愈(yù)靠近(jìn)電極(jí)的質(zhì)點對(duì)e的貢獻越大,靠(kào)近電(diàn)極的流速(sù)越大.對e的貢(gòng)獻(xiàn)也越大,而電極(jí)上得到的感生電動(dòng)勢e是測量管内所有液體(tǐ)共同(tóng)貢獻的(de)結(jié)果。所以.如果電(diàn)極附(fù)近的流速非軸(zhóu)對稱的偏大,測得的信号(hào)就比實際(jì)流量值大(dà);反之,電極(jí)附近的(de)流速非軸對(duì)稱的偏小(xiǎo),測得的流(liú)量值也就(jiù)偏小,由上(shàng)分析,必須(xū)保持(chí)流速(sù)的軸(zhóu)對稱。
　　由于(yú)流速分布(bù)和渦(wō)流的影響(xiǎng),上遊直管(guǎn)段應有一(yī)定的長度(dù),按附加(jiā)誤差可影響(xiǎng)流量(liàng)精度(dù)(約0.5%)的原則,上遊(yóu)直管(guǎn)段應爲sd以(yǐ)上.下遊直段長(zhǎng)度應(yīng)在(zài)3d以上。
(二(èr))電導率對測量誤差的(de)影響
　　電(diàn)磁流量計對被(bèi)測介質的(de)電導(dǎo)率有一定的要(yào)求範(fàn)圍,一般爲(wèi)10-5~10-1sc/m,但目前,電(diàn)磁流(liú)量計(jì)轉換器的(de)輸入(rù)阻抗已有(yǒu)所提高.對于電(diàn)導率(lǜ)的(de)下(xià)限要求有所下(xià)降。
　　電(diàn)磁流量計不适(shì)用電導率很低的介質的原因(yīn),在于(yú)傳感器與(yǔ)轉換器的阻抗(kàng)匹配(pèi)。對(duì)于傳(chuán)感(gǎn)器的輸出,用圖(tú)2的等(děng)效電路表(biǎo)示:e—流量電勢信(xìn)号.r2—轉換器(qì)輸入(rù)阻抗。

　　一(yī)般轉(zhuǎn)換(huàn)器輸(shū)入阻抗rl爲(wèi)100~200Ω,由上可知,變送(sòng)器(傳感(gǎn)器)的内(nèi)阻(zǔ)r≤100~200kΩ。,由(yóu)此,推(tuī)導一(yī)下電(diàn)導率的要求。
　　由理(lǐ)論分析可知(zhī),變送器的(de)輸出(chū)阻抗決定(dìng)了(le)轉換器所需(xū)的輸(shū)入阻抗.而(ér)變送(sòng)器的(de)輸出(chū)阻抗可以(yǐ)認爲(wèi)由被(bèi)測介質的電導率和電極(jí)大小,所支配.其(qí)關系爲(wèi):

此時,變(biàn)換器(qì)的輸入阻(zǔ)抗應是100~400mΩ左右。
　　以(yǐ)上推異可知,電(diàn)極直(zhí)徑越小(xiǎo),轉換器(qì)的輸入阻(zǔ)抗rl越高(gāo),就越不(bú)易受變送器(傳(chuán)感器)内阻r變化(huà)的影響,可(kě)測介(jiè)質的(de)電導率σ也可以降得越低,擴大了它(tā)的應(yīng)用範圍(wéi)。
　　需要說(shuō)明是,被(bèi)測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率太大也是不(bú)允(yǔn)許,從理論(lùn)分析(xī)和實(shí)驗可知,當電導(dǎo)率超過10-1(s/cm)左右(yòu)時,就會降低流量信号.改變指标(biāo)值。即指示流量(liàng)值小于實際流(liú)量值。
(三)傳(chuán)感器勵磁(cí)方式的選(xuǎn)擇
　　目前的傳感(gǎn)器大都采角了(le)恒定電流的低(dī)頻方波(bō)勵磁方式,用開關回路把直流恒流回(huí)路的輸出(chū)電流(liú)周期性地(dì)交換(huàn)其極性,使之産生方(fāng)波勵(lì)磁電流,勵磁(cí)電(diàn)流的極性轉換周期(qī)可選爲工業交(jiāo)流電源(yuán)周期的(de)偶數倍,如此一來,即可(kě)消除工業頻率的噪聲(shēng)影響(xiǎng),又排除了(le)交流磁(cí)場的電(diàn)渦流.直流磁場的極化(huà)幹(gàn)擾,使(shǐ)轉換器的精度達到0.5%以上(shàng)。
(四)電(diàn)極表面(miàn)的污染(rǎn).
　　在測量有附着(zhe)沉澱物的流體(tǐ)時，電極(jí)表面将受(shòu)到污染,常常(cháng)易引起(qǐ)零點變動.零點變(biàn)化和(hé)電極污(wū)染程度(dù)兩者(zhě)之(zhī)間的關(guān)系較(jiào)複雜(zá)。但可以說(shuō).電極(jí)直徑(jìng)越小(xiǎo),所受(shòu)影響越小(xiǎo)。這一點在使用(yòng)中(zhōng),值得注(zhù)意。
(五)流速(sù)的影(yǐng)響
　　電磁流(liú)量(liàng)計(jì)其測(cè)量結果與(yǔ)被測流(liú)體的平(píng)均流(liú)速成正比(bǐ).它(tā)屬于速(sù)度式(shì)測量儀表(biǎo)。

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