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電磁流量計(jì)

一、電磁流量計(jì)概述原理

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)。的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測(cè)流量范圍大。zui大流量與zui小流量的比值一般為20：1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，zui大可達(dá)3m，輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性，精確度較高，可測(cè)量電導(dǎo)率≥5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。

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)中的有效長(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qv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己定且保持磁感應(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。

據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在與測(cè)量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對(duì)檢測(cè)電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測(cè)量管軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此感應(yīng)電勢(shì)由兩個(gè)檢測(cè)電極檢出，數(shù)值大小與流速成正比例，其值為：

E=B·V·D·K

式中： E－感應(yīng)電勢(shì)；

K－與磁場(chǎng)分布及軸向長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)；

B－磁感應(yīng)強(qiáng)度；

V－導(dǎo)電液體平均流速；

D－電極間距；（測(cè)量管內(nèi)直徑）

傳感器將感應(yīng)電勢(shì)E作為流量信號(hào)，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大，變換濾波等信號(hào)處理后，用帶背光的點(diǎn)陣式液晶顯示瞬時(shí)流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器有4~20mA輸出，報(bào)警輸出及頻率輸出，并設(shè)有RS－485等通訊接口，并支持HART和MODBUS協(xié)議。

注：不同參數(shù)略有差異，使用時(shí)請(qǐng)務(wù)必查看說明書。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速v流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線.如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布，兩電極之間產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)：

e=KBDv (3-36)

式中，v為管道截面上的平均流速，k為儀表常數(shù)。由此可得管道的體積流量為：

qv= πeD/4KB (3-37)

由上式可見，體積流量qv與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和測(cè)量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與其它物理參數(shù)無(wú)關(guān)。這就是的測(cè)量原理。

需要說明的是，要使式(3—37)嚴(yán)格成立，必須使測(cè)量條件滿足下列假定：

①磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng);

②被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布;

③被測(cè)液體是非磁性的;

④被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。

二、結(jié)構(gòu)

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*磁鐵來實(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)致兩電極之間內(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)，*磁鐵相應(yīng)也很大，笨重且不經(jīng)濟(jì)，所以一般采用交變磁場(chǎng)，且是50HZ工頻電源激勵(lì)產(chǎn)生的。

測(cè)量導(dǎo)管：其作用是讓被測(cè)導(dǎo)電性液體通過。為了使磁力線通過測(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。

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。

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。

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。

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)。

三、特點(diǎn)

1、測(cè)量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響；

2、測(cè)量管內(nèi)*流動(dòng)部件，無(wú)壓損，直管段要求較低。對(duì)漿液測(cè)量有*的適應(yīng)性；

3、合理選擇傳感器襯里和電極材料，即具有良好的耐腐蝕和耐磨損性；

4、轉(zhuǎn)換器采用新穎勵(lì)磁方式，功耗低、零點(diǎn)穩(wěn)定、精確度高。流量范圍度可達(dá)150：1；

5、轉(zhuǎn)換器可與傳感器組成一體型或分離型；

6、轉(zhuǎn)換器采用16位高性能微處理器，2x16LCD顯示，參數(shù)設(shè)定方便，編程可靠；

7、流量計(jì)為雙向測(cè)量系統(tǒng)，內(nèi)裝三個(gè)積算器：正向總量、反向總量及差值總量；可顯示正、反流量，并具有多種輸出：電流、脈沖、數(shù)字通訊、HART；

8、轉(zhuǎn)換器采用表面安裝技術(shù)(SMT)，具有自檢和自診斷功能；

9、測(cè)量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線性關(guān)系，因此測(cè)量精度高。

10、測(cè)量管道內(nèi)無(wú)阻流件，因此沒有附加的壓力損失；測(cè)量管道內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，因此傳感器壽命極長(zhǎng)。

11、由于感應(yīng)電壓信號(hào)是在整個(gè)充滿磁場(chǎng)的空間中形成的，是管道載面上的平均值，因此傳感器所需的直管段較短，長(zhǎng)度為5倍的管道直徑。

12、轉(zhuǎn)換器采用*的單片機(jī)（MCU）和表面貼裝技術(shù)（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零點(diǎn)穩(wěn)定，參數(shù)設(shè)定方便。點(diǎn)擊中文顯示LCD，顯示累積流量，瞬時(shí)流量、流速、流量百分比等。

13、雙向測(cè)量系統(tǒng)，可測(cè)正向流量、反向流量。采用特殊的生產(chǎn)工藝和優(yōu)質(zhì)材料，確保產(chǎn)品的性能在長(zhǎng)時(shí)候內(nèi)保持穩(wěn)定。

四、分類

就顯示方式分為：分體型，一體型。系列公稱通徑DN15～DN3000。

分體型是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，采用單片機(jī)嵌入式技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字勵(lì)磁，同時(shí)在上采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，屬國(guó)內(nèi)*，技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)水平。

分體型在滿足現(xiàn)場(chǎng)顯示的同時(shí)，還可以輸出4～20mA電流信號(hào)供記錄、調(diào)節(jié)和控制用，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、冶金、醫(yī)藥、造紙、給排水等工業(yè)技術(shù)和管理部門。

分體型除可測(cè)量一般導(dǎo)電液體的流量外，還可測(cè)量液固兩相流，高粘度液流及鹽類、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿液體的體積流量。

一體型是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制定，用來測(cè)量導(dǎo)電流體的體積流量。由于*的特點(diǎn)已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)上各種導(dǎo)電液體的測(cè)量。主要用于化工、造紙、食品、紡織、冶金、環(huán)保、給排水等行業(yè)，與計(jì)算機(jī)配套可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。

一體式及分體式示意圖

五、安裝

安裝場(chǎng)所的選擇

　　為了使工作穩(wěn)定可靠，在選擇安裝地點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意以下幾方面的要求：
　　1.盡量避開鐵磁性物體及具有強(qiáng)電磁場(chǎng)的設(shè)備(大電機(jī)、大變壓器等)，以免磁場(chǎng)影響傳感器的工作磁場(chǎng)和流量信號(hào)。
　　2.應(yīng)盡量安裝在干燥通風(fēng)之處，避免日曬雨淋，環(huán)境溫度應(yīng)在-20～＋60℃，相對(duì)濕度小于85%。
　　3.流量計(jì)周圍應(yīng)有充裕的空間，便于安裝和維護(hù)。

安裝建議

　　的測(cè)量原理不依賴流量的特性，如果管路內(nèi)有一定的湍流與漩渦產(chǎn)生在非測(cè)量區(qū)內(nèi)（如：彎頭、切向限流或上游有半開的截止閥）則與測(cè)量無(wú)關(guān)。如果在測(cè)量區(qū)內(nèi)有穩(wěn)態(tài)的渦流則會(huì)影響測(cè)量的穩(wěn)定性和測(cè)量的精度，這時(shí)則應(yīng)采取一些措施以穩(wěn)定流速分布：
　　a. 增加前后直管段的長(zhǎng)度；
　　b. 采用一個(gè)流量穩(wěn)定器；
　　c. 減少測(cè)量點(diǎn)的截面。

水平和垂直安裝

　　傳感器可以水平和垂直安裝，但是應(yīng)該確保避免沉積物和氣泡對(duì)測(cè)量電極的影響，電極軸向保持水平為好。垂直安裝時(shí)，流體應(yīng)自下而上流動(dòng)。

傳感器不能安裝在管道的zui高位置，這個(gè)位置容易積聚氣泡。

確保滿管安裝

　　確保流量傳感器在測(cè)量時(shí)，管道中充滿被測(cè)流體，不能出現(xiàn)非滿管狀態(tài)。
　　如管道存在非滿管或是出口有放空狀態(tài)，傳感器應(yīng)安裝在一根虹吸管上。

彎管、閥門和泵之間的安裝

　　為保證測(cè)量的穩(wěn)定性，應(yīng)在傳感器的前后設(shè)置直管段，其長(zhǎng)度由下圖給出。如做不到則應(yīng)采用穩(wěn)流器或減小測(cè)量點(diǎn)的截面積。

傳感器不能安裝在泵的進(jìn)水口

　　為避免負(fù)壓，傳感器不能安裝在泵的進(jìn)水口，而應(yīng)安裝在泵的出水口。

傳感器的進(jìn)口直管段和出口直管段

　　比較理想的安裝地點(diǎn)應(yīng)選擇測(cè)量點(diǎn)前后有足夠的直管段。進(jìn)口直管段應(yīng)≥5D，出口直管段≥3D(D為傳感器公稱口徑）。
　　插入式進(jìn)口直管段應(yīng)≥ 20 D ， 出口直管段≥7D(D為傳感器公稱口徑）。

管道出口為放空時(shí)的安裝

　　當(dāng)出口為放空狀態(tài)時(shí)，傳感器不應(yīng)安裝在管道放空之處，應(yīng)安裝在較低處。
　　傳感器安裝在管道下方處時(shí)，應(yīng)保證傳感器內(nèi)被液體充滿，不能出現(xiàn)空管狀態(tài)。

串聯(lián)安裝和平行安裝

　　如果有幾個(gè)傳感器需要按順序串聯(lián)在同一管道上，每個(gè)傳感器之間的距離至少應(yīng)為2個(gè)傳感器的長(zhǎng)度。
　　如果兩個(gè)以上的傳感器彼此并行安裝，傳感器的距離必須大于1m。

傳感器的接地措施

　　傳感器產(chǎn)生的流量信號(hào)非常小，在滿量程時(shí)也只有幾個(gè)毫伏，所以傳感器接地應(yīng)良好。的接地要求有兩個(gè)方面：
　　1.從的工作原理和流量感應(yīng)信號(hào)電流的回路來分析,傳感器和轉(zhuǎn)換器的接地端必須與被測(cè)介質(zhì)同電位。
　　2.接地。以大地為零電位，減少外界干擾。一般情況下,工藝管道都是金屬管，本身都是接地的,這點(diǎn)要求很容易滿足。但是在外界電磁場(chǎng)干擾較大的情況下,應(yīng)另行設(shè)置接地裝置，接地線采用截面大于5mm2的多股銅線,傳感器的接地線絕不能接在電機(jī)或其它設(shè)備的公共地線上,以避免漏電流的影響。接地電阻應(yīng)小于10Ω。
　　a.傳感器在金屬管道上安裝(金屬管道內(nèi)壁沒有絕緣涂層)，按下圖接地。

　　b.傳感器在塑料管道上或在有絕緣襯里的管道上安裝,傳感器的兩端應(yīng)安裝接地環(huán)、或接地法蘭、或帶有接地電極的短管,按下圖接地。
　　使管內(nèi)流動(dòng)的被測(cè)介質(zhì)與大地短路,具有零電位，否則，無(wú)法正常工作。