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1、7.6 电磁流量计,电磁流量计概述电磁流量计原理和机构电磁流量计分类电磁流量计优缺点成员介绍,电磁流量计概述,电磁流量计(Eletromagnetic Flowmeters简称EMF)是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。1922年威廉斯首先应用电磁流量仪表于封闭圆管，1961年Krohne公司第一次把电磁流量计应用于工业。50年代初EMF实现了工业化应用，近年来世界范围EMF产量约占工业流量仪表台数的5%6.5%。70年代以来出现键控低频矩形波激磁方式，逐渐替代早期应用的工频交流激磁方式，仪表性能有了很大提高，得到更为广泛的应用。,电磁流量计的原理和机构,根据法拉第定
2、律，当导体在磁场中切割磁力线时，将产生电动势。该电动势的大小与磁感应强度B，磁场中作垂直切割磁力线方向运动的导体长度和导体在磁场中作垂直于磁力线方向运动的速度成正比。当三者相互垂直时，感应电动势e的大小为：,电磁流量计的原理和机构,如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”，其值如下式式中E-感应电动势，即流量信号，V;k-系数；B-磁感应强度，T；D-测量管内径，m；-平均流速，m/s。设液体的体积流量为，则式中K为仪表常数，K=4KB/D。,电磁流量计的原理和机构,电磁流量计由电磁流量传感器和转
3、换器组成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。,电磁流量计分类,按激磁电流方式按流量传感器与管道连接方式按流量传感器电极是否与被测液体接触按流量传感器结构分类按传感器和转换器组成方式,按激磁电流方式,1、直流激磁直流激磁电磁流量计用于测量液体金属流量，如常温下汞和高温下液态纳、锂、钾等。在快中子增殖核反应堆一次回路中用于测量摄氏500余度的熔融纳流量，见到过有应用于DN300mm管道仪表的报道。干法效验流量值，与湿法（实流）效验相比，精度可达3%。除由电磁铁值流激
4、磁产生次场外，也有用永久磁铁磁场的较小口径传感器。本类仪表在我国一般流程工业中应用还属探索阶段，20世纪6070年代曾成功地应用于测量电解槽常温泵流量；有色冶金工业也曾试用于测量熔锌液流量，因锌液在测量管内壁结垢及氧化锌等原因，未使用成功。,按激磁电流方式,2、交流激磁 早期电磁流量计用于50Hz工频市电激磁，产生正弦波交变磁场；采用交流激磁的理由是为了避免像用直流激磁时电磁表面产生极化现象，但是由于易受市电锁引起的与流量信号同相应各种感应噪声的叠加，形成零点漂移等，现在已渐被低频矩形波激磁所代替。这些叠加的感应噪声是由以下一些原因产生的。1)液体中涡电流产生与流量信号同相位噪声，电极污染形成
5、的噪声和零点漂移；2)磁回路中铁损偏移了激磁电流与磁场间相位，使原来在信号回路中变压器效应所形成的正交（90）噪声相移，产生相同噪声；3)激磁线圈与信号线间以及激磁线圈与流体间的静电感应噪声。,按激磁电流方式,3、低频矩形波激磁 自1975年低频矩形波激磁方式发表以来，以其功耗小、零点稳定，电极污染影响小等优点，得到很快发展，成为迄今主要激磁方式。流量信号在信号电压基本恒定的区间采样取得。激磁频率为市电的 1/32 1/2，常用 1/8 1/4之间。小口径仪表用较高频率，大口径仪表用较低频率，由制造厂按所用传感器口径来设定。矩形波形波交变激磁虽不受慢的极化电压变化影响，但由于稳定磁场短期间直流
6、采用相对于急剧变化的极化电压，还会产生急剧的输出变化。此外流体中固体颗粒撞击电极，其表面氧化膜破损，表面电位变化形成尖峰状噪声，输出呈现大幅晃动。这一现象称作浆液噪声，发生于高浓度浆液或含土沙粒的液体，影响了低频矩形波电磁流量计的应用。,按激磁电流方式,4、双频激磁 双频激磁是在低频矩形波上叠加高频矩形波，如右图所示的用两种频率采样和低通、高通滤波器，得到高频和低频两种信号，合成后得流量信号，克服了低频矩形波激磁存在的浆液噪声和流动噪声，提高仪表的稳定性和响应性。快速响应性可反映频率高达1Hz的柱塞泵的流动状况。,按流量传感器与管道连接方式,(1)法兰连接 法兰连接时传统的连接方式，传感器两端
7、有连接法兰，与管道法兰间用螺栓固定之，可单向安装。大口径传感器都采用本连接方式。体积和重量都比夹装连接方式大。DN15600mm 电磁流量计的两法兰面间长度，国际标准化组织已制定标准（ISO 13359;2019）予以统一。(2)夹装连接 夹装连接时近年发展的连接方式，传感器本身无法兰，以较长的螺栓夹持在管道两法兰之间接入管系。本方式传感器体积小重量轻，对于不同压力规范和标准管系法兰孔距适应性强；但只适用于较小管径（200mm一下）,承受液体工作压力较低。,按流量传感器与管道连接方式,(3)卫生型连接 下图中式卫生型连接一例，与国际制酪联合会IDF加持件相连接，实现快速拆卸和安装，便于日常频繁
8、的清洗。,按流量传感器与管道连接方式,(4)螺纹连接 右图中式小口径仪表螺纹连接方式。该类仪表较多应用于医药、食品等工业和药业配比注入等场所。螺纹连接还有较多应用于石油、地质勘探等1625MPa以上高压注水或水泥浆液流量测量，螺纹形状则为梯形。,按流量传感器与管道连接方式,（5）插入式电磁流量计特点：插入式电磁流量计在大管道流量检测中，具有绝对的安装优势与价格优势。转换器采用优化设计，结构紧密，容易电气安装，转换器和传感器具有互换性，可自由变更测量范围（0.5m/s10m/s）。仪表应用“自动归零”原理，消除电化学干扰信号，零点自稳。转换器和传感器具有多种防护等级及安装方式，有适用于潜水安装的
9、IP68等级。适用于水、污水、酸、强碱等导电率在5s/cm以上的液体流量检测，特别适用于供排水管道的流量测量。流量的测量只与插入深度有关，故该流量计通用性广、互换性强，一种型号就可适用于多种规格管道的流体测量要求。,按流量传感器与管道连接方式,插入式电磁流量计,按流量传感器电极是否与被测液体接触,(1)接触型电极 与液体接触的电极是EMF的传统结构，通常为一对电极，大口径仪表业有用两对电极。非满管型EMF也有用3对电机或条形电极。(2)非接触型电极 大面积电极紧贴衬里（或绝缘测量管）外表面，以电容耦合方式检拾流量信号，可测量比接触型电极的电容检测方式的电磁流量计简称电容式电磁流量计，其原理看上
10、图。前置放大器置于传感器内仅靠电极，激磁频率比通常EMF高，为50/2Hz，也有超过100Hz者。本类仪表不会产生电极钝化、氧化和触媒作用等电极表面效应噪声，也机会不存在流动噪声和浆液噪声。衬里内表面覆盖油脂等非导电层或薄绝缘结构层也不会影响测量；但覆盖层若为导电膜则仪表将无指示。,按流量传感器结构分类,(1)短管型 短管型结构即如传统电磁流量计的结构，流量传感器带有测量管段连接到管道系统中。(2)插入型 插入式电磁流量计传感器实质上是电磁流速传感器，激磁线圈和电极组装成杆状，从待测管道上开孔中插入，测得的流速与转换器预置的管道面积等系数相乘盐酸求取流量。除单点的“点流速”外，还有侧多点“径流
11、速”者。本型仪表适用于大型管道，因为是测量局部流速推算流体流量，测量精度远低于短管型，通常仅用于过程控制，不适宜应用于贸易核算计量。但是价格相对便宜。应用特点还可参阅插入式流量计。,按传感器和转换器组成方式,（1）、一体型传感器和转换器组装在一起直接输出直流电流（或频率）标准信号，实际上成为电磁流量变送器。一体型缩短了二者之间信号线和激磁线的连接长度，并使之物外接，隐蔽在仪表内部，从而减少信号衰减和空间电磁波噪声侵入（见右图）。,按传感器和转换器组成方式,（2）分体型分体型是电磁流量计最普遍应用的形式，如右图所展示的，传感器接入管道，转换器装在仪表室或人们易于接近的传感器附近，相距数十到数百米
12、。为防止外界噪声侵入，信号电缆通常采用双层屏蔽。测量电导率较低液体而相聚超过30m时，为防止电缆部分电容造成信号衰减，内层屏蔽也有要求接上与芯线同电位低阻抗源的屏蔽驱动。分离型转换器可远离现场恶劣环境，电子部件检查、调整和参数设定就比较方便。,电磁流量计优缺点,电磁流量计缺点不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。由于衬里材料和电器绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体。电磁流量计优点电磁流量计的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不宜阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。（注：插入式电磁流量
13、计有所不同）由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。,电磁流量计优缺点,测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。电磁流量传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。双向测量系统，可测正向流量、反向流量。,主讲：李栋,PPT制作：陈伟键,材料收集：史国进,材料收集：李春华,小秘：缪志鹏,酱油男：杨开洋,The end,thank you!,谢谢！,
