電磁流量計(jì)技術(shù)文章

 1. 概 述

　　電磁流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱LDE）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種

測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年

來世界范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%～6.5%。

　　70年代以來出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應(yīng)用的

工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應(yīng)用。

　　　2. 原理與機(jī)構(gòu)

　 　　LDE的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割

磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示，導(dǎo)電性液體在垂

直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流

量成比例的感應(yīng)電勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值如

下式

　　　　式中 E-----感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào)，V;

　　k-----系數(shù)；

　　B-----磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；

　　D----測(cè)量管內(nèi)徑，m；

　　--- 平均流速，m/s。

　　　　設(shè)液體的體積流量為

　　，則

　　式中 K 為儀表常數(shù)，K= 4 KB/πD 。

　　LDE由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如

圖2，測(cè)量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過測(cè)量管，

一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢(shì)，送到轉(zhuǎn)換器

。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。

　　　　　　3、 優(yōu) 點(diǎn)

　　LDE的測(cè)量通道是一段無阻流檢測(cè)件的光滑直管，因不易阻塞適用

于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿

、泥漿和污水等。

　　LDE不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長

度管道的沿程阻力，節(jié)能*，對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供

水管道zui為適合。

　　LDE所測(cè)得的體積流量，實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力

和電導(dǎo)率（只要在某閾值以上）變化明顯的影響。

　　 與其他大部分流量?jī)x表相比，前置直管段要求較低。

　　LDE測(cè)量范圍度大，通常為20：1～50：1，可選流量范圍寬。滿度

值液體流速可在0.5～10m/s內(nèi)選定。有些型號(hào)儀表可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要

擴(kuò)大和縮小流量（例如設(shè)有4位數(shù)電位器設(shè)定儀表常數(shù)）不必取下作離線

實(shí)流標(biāo)定。

　　LDE的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬，從幾毫米到3m。可測(cè)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。

　　　　　　4、 缺 點(diǎn)

　　LDE不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能

測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。

　　通用型LDE由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度

的液體；有些型號(hào)儀表用于過低于室溫的液體，因測(cè)量管外凝露（或霜

）而破壞絕緣。

　　　　5、 分 類

　　場(chǎng)上通用型產(chǎn)品和特殊型儀表可以從不同角度分類。

　　如按激磁電流方式劃分，有直流激磁、交流（工頻或其他頻率）激

磁、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波激磁。幾種激磁方式的波形見圖3。

　　按輸出信號(hào)連線和激磁（或電源）連線的制式分類，有四線制和二

線制。

　　按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類，有分離型和一體型。

　　按流量傳感器與管道連接方法分類，有法蘭連接、法蘭夾裝連接

、衛(wèi)生型連接和螺紋連接。

　　按流量傳感器電極是否與被測(cè)液體接觸分類，有接觸型和非接觸

型。按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類，有短管型和插入型。

　　按用途分類，有通用型、防爆型、衛(wèi)生型、防侵水型和潛水型等

。

　　6. 選用考慮要點(diǎn)

　　6.1 應(yīng)用概況

　LDE應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。中小口徑常

用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所，如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑

液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼

鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長距離管道煤的水力輸送的流量

測(cè)量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工

程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。

　　6.2精度等級(jí)和功能

 市場(chǎng)上通用型LDE的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精

度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）R，精度低

的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價(jià)格相差1～2倍。因此測(cè)量精

度要求不很高的場(chǎng)所（例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的，只要求高可靠

性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所）選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。

　　有些型號(hào)儀表聲稱有更高的度，基本誤差僅（±0.2%～±

0.3%）R，但有嚴(yán)格的安裝要求和參比條件，例如環(huán)境溫度20～22℃，

前后置直管段長度要求分別大于10D,3D（通常為5D,2D）甚至提出流量傳

感器要與前后置直管組成一體在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn)，以減少

夾裝不善的影響。因此在多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo)，

要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說明書做綜合分析。

　　 市場(chǎng)上LDE的功能差別也很大，簡(jiǎn)單的就只是測(cè)量單向流量，只

輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表；多功能儀表有測(cè)雙向流、量程切換、上

下限流量報(bào)警、空管和電源切斷報(bào)警、小信號(hào)切除、流量顯示和總量

計(jì)算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。有些型

號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片（ASIC），以

連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。

　　6.3流速、滿度流量、范圍度和口徑

　　選定儀表口徑不一定與管徑相同，應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送

水等粘度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5～3m/s。LDE用在

這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。

　　LDE滿度流量時(shí)液體流速可在1～10m/s范圍內(nèi)選用，范圍是比較寬

的。上限流速在原理上是不受限制的，然而通常建議不超過5m/s，除

非襯里材料能承受液流沖刷，實(shí)際應(yīng)用很少超過7m/s，超過10m/s則更

為罕見。滿度流量的流速下限一般為1m/s，有些型號(hào)儀表則為0.5m/s

。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系，從測(cè)量精度

角度考慮，儀表口徑應(yīng)改用小于管徑，以異徑管連接之。

　　用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體，選用流速不低于2m/s

，提高到3～4m/s或以上，起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用

于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于2～3m/s ，以降低對(duì)襯里

和電極的磨損。

　　在測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～

1m/s），因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加，而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。

　　LDE的范圍度是比較大的，通常不低于20，帶有量程自動(dòng)切換功能

的儀表，可超過50～100。

　 國內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到3000mm，隨然實(shí)際應(yīng)用還

是以中小口徑居多，但與大部分其他原理流量?jī)x表（如容積式、渦輪式

、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等）相比，大口徑儀表占有較大比重。某企

業(yè)近萬臺(tái)儀表中，50mm以下小口徑、65～250mm中口徑、300～900mm大

口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。

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