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1、電磁流量計,十一點不斷網(wǎng)小分隊,7.6 電磁流量計,電磁流量計概述 電磁流量計原理和機構(gòu) 電磁流量計分類 電磁流量計優(yōu)缺點 成員介紹,電磁流量計概述,電磁流量計(Eletromagnetic Flowmeters簡稱EMF)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。1922年威廉斯首先應(yīng)用電磁流量儀表于封閉圓管，1961年Krohne公司第一次把電磁流量計應(yīng)用于工業(yè)。50年代初EMF實現(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)流量儀表臺數(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、。,,電磁流量計的原理和機構(gòu),,,根據(jù)法拉第定律，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中切割磁力線時，將產(chǎn)生電動勢。該電動勢的大小與磁感應(yīng)強度B，磁場中作垂直切割磁力線方向運動的導(dǎo)體長度和導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁力線方向運動的速度成正比。當(dāng)三者相互垂直時，感應(yīng)電動勢e的大小為：,,電磁流量計的原理和機構(gòu),如圖1所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值如下式式中E-----感應(yīng)電動勢，即流量信號，V;k-----系數(shù)；B-----磁感應(yīng)強度，T；D----測量管內(nèi)徑，m；---平均流速，m/s。設(shè)液體的體積流量為，則式中K為

3、儀表常數(shù)，K=4KB/D。,電磁流量計的原理和機構(gòu),電磁流量計由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。,,電磁流量計分類,按激磁電流方式 按流量傳感器與管道連接方式 按流量傳感器電極是否與被測液體接觸 按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類 按傳感器和轉(zhuǎn)換器組成方式,按激磁電流方式,1、直流激磁 直流激磁電磁流量計用于測量液體金屬流量，如常溫下汞和高溫下液態(tài)納、鋰、鉀等。在快中子增殖核反應(yīng)堆一次回路中用于測量攝氏500余度的熔融納流量，見到過有應(yīng)用于DN3

4、00mm管道儀表的報道。干法效驗流量值，與濕法（實流）效驗相比，精度可達(dá)3% 。除由電磁鐵值流激磁產(chǎn)生次場外，也有用永久磁鐵磁場的較小口徑傳感器。 本類儀表在我國一般流程工業(yè)中應(yīng)用還屬探索階段，20世紀(jì)6070年代曾成功地應(yīng)用于測量電解槽常溫泵流量；有色冶金工業(yè)也曾試用于測量熔鋅液流量，因鋅液在測量管內(nèi)壁結(jié)垢及氧化鋅等原因，未使用成功。,按激磁電流方式,2、交流激磁 早期電磁流量計用于50Hz工頻市電激磁，產(chǎn)生正弦波交變磁場；采用交流激磁的理由是為了避免像用直流激磁時電磁表面產(chǎn)生極化現(xiàn)象，但是由于易受市電鎖引起的與流量信號同相應(yīng)各種感應(yīng)噪聲的疊加，形成零點漂移等，現(xiàn)在已漸被低頻矩形波激磁所

5、代替。這些疊加的感應(yīng)噪聲是由以下一些原因產(chǎn)生的。 1)液體中渦電流產(chǎn)生與流量信號同相位噪聲，電極污染形成的噪聲和零點漂移； 2)磁回路中鐵損偏移了激磁電流與磁場間相位，使原來在信號回路中變壓器效應(yīng)所形成的正交（90）噪聲相移，產(chǎn)生相同噪聲； 3)激磁線圈與信號線間以及激磁線圈與流體間的靜電感應(yīng)噪聲。,按激磁電流方式,3、低頻矩形波激磁 自1975年低頻矩形波激磁方式發(fā)表以來，以其功耗小、零點穩(wěn)定，電極污染影響小等優(yōu)點，得到很快發(fā)展，成為迄今主要激磁方式。流量信號在信號電壓基本恒定的區(qū)間采樣取得。激磁頻率為市電的 1/32 1/2 ，常用 1/8 1/4之間。小口徑儀表用較高頻率，大口徑

6、儀表用較低頻率，由制造廠按所用傳感器口徑來設(shè)定。 矩形波形波交變激磁雖不受慢的極化電壓變化影響，但由于穩(wěn)定磁場短期間直流采用相對于急劇變化的極化電壓，還會產(chǎn)生急劇的輸出變化。此外流體中固體顆粒撞擊電極，其表面氧化膜破損，表面電位變化形成尖峰狀噪聲，輸出呈現(xiàn)大幅晃動。這一現(xiàn)象稱作漿液噪聲，發(fā)生于高濃度漿液或含土沙粒的液體，影響了低頻矩形波電磁流量計的應(yīng)用。,按激磁電流方式,4、雙頻激磁 雙頻激磁是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波，如右圖所示的用兩種頻率采樣和低通、高通濾波器，得到高頻和低頻兩種信號，合成后得流量信號，克服了低頻矩形波激磁存在的漿液噪聲和流動噪聲，提高儀表的穩(wěn)定性和響應(yīng)性?？焖夙憫?yīng)

7、性可反映頻率高達(dá)1Hz的柱塞泵的流動狀況。,,按流量傳感器與管道連接方式,,(1) 法蘭連接 法蘭連接時傳統(tǒng)的連接方式，傳感器兩端有連接法蘭，與管道法蘭間用螺栓固定之，可單向安裝。大口徑傳感器都采用本連接方式。體積和重量都比夾裝連接方式大。 DN15600mm 電磁流量計的兩法蘭面間長度，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已制定標(biāo)準(zhǔn)（ISO 13359;1998）予以統(tǒng)一。 (2) 夾裝連接 夾裝連接時近年發(fā)展的連接方式，傳感器本身無法蘭，以較長的螺栓夾持在管道兩法蘭之間接入管系。本方式傳感器體積小重量輕，對于不同壓力規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)管系法蘭孔距適應(yīng)性強；但只適用于較小管徑（200mm一下）,承受液體工作壓力較低

8、。,按流量傳感器與管道連接方式,,(3) 衛(wèi)生型連接 下圖中式衛(wèi)生型連接一例，與國際制酪聯(lián)合會IDF加持件相連接，實現(xiàn)快速拆卸和安裝，便于日常頻繁的清洗。,按流量傳感器與管道連接方式,(4) 螺紋連接 右圖中式小口徑儀表螺紋連接方式。該類儀表較多應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)和藥業(yè)配比注入等場所。螺紋連接還有較多應(yīng)用于石油、地質(zhì)勘探等1625MPa以上高壓注水或水泥漿液流量測量，螺紋形狀則為梯形。,按流量傳感器與管道連接方式,,（5）插入式電磁流量計 特點： 插入式電磁流量計在大管道流量檢測中，具有絕對的安裝優(yōu)勢與價格優(yōu)勢。 轉(zhuǎn)換器采用優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊密，容易電氣安裝，轉(zhuǎn)換器和傳感器具有互換性，可

9、自由變更測量范圍（0.5m/s10m/s）。 儀表應(yīng)用“自動歸零”原理，消除電化學(xué)干擾信號，零點自穩(wěn)。 轉(zhuǎn)換器和傳感器具有多種防護(hù)等級及安裝方式，有適用于潛水安裝的IP68等級。 適用于水、污水、酸、強堿等導(dǎo)電率在5s/cm以上的液體流量檢測，特別適用于供排水管道的流量測量。 流量的測量只與插入深度有關(guān)，故該流量計通用性廣、互換性強，一種型號就可適用于多種規(guī)格管道的流體測量要求。,按流量傳感器與管道連接方式,插入式電磁流量計,,按流量傳感器電極是否與被測液體接觸,,(1) 接觸型電極 與液體接觸的電極是EMF的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常為一對電極，大口徑儀表業(yè)有用兩對電極。非滿管型EMF也有用3對電機或

10、條形電極。 (2) 非接觸型電極 大面積電極緊貼襯里（或絕緣測量管）外表面，以電容耦合方式檢拾流量信號，可測量比接觸型電極的電容檢測方式的電磁流量計簡稱電容式電磁流量計，其原理看上圖。前置放大器置于傳感器內(nèi)僅靠電極，激磁頻率比通常EMF高，為50/2Hz，也有超過100Hz者。本類儀表不會產(chǎn)生電極鈍化、氧化和觸媒作用等電極表面效應(yīng)噪聲，也機會不存在流動噪聲和漿液噪聲。襯里內(nèi)表面覆蓋油脂等非導(dǎo)電層或薄絕緣結(jié)構(gòu)層也不會影響測量；但覆蓋層若為導(dǎo)電膜則儀表將無指示。,,按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類,(1) 短管型 短管型結(jié)構(gòu)即如傳統(tǒng)電磁流量計的結(jié)構(gòu)，流量傳感器帶有測量管段連接到管道系統(tǒng)中。 (2) 插入型

11、 插入式電磁流量計傳感器實質(zhì)上是電磁流速傳感器，激磁線圈和電極組裝成桿狀，從待測管道上開孔中插入，測得的流速與轉(zhuǎn)換器預(yù)置的管道面積等系數(shù)相乘鹽酸求取流量。除單點的“點流速”外，還有側(cè)多點“徑流速”者。 本型儀表適用于大型管道，因為是測量局部流速推算流體流量，測量精度遠(yuǎn)低于短管型，通常僅用于過程控制，不適宜應(yīng)用于貿(mào)易核算計量。但是價格相對便宜。應(yīng)用特點還可參閱插入式流量計。,,按傳感器和轉(zhuǎn)換器組成方式,,（1）、一體型 傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起直接輸出直流電流（或頻率）標(biāo)準(zhǔn)信號，實際上成為電磁流量變送器。一體型縮短了二者之間信號線和激磁線的連接長度，并使之物外接，隱蔽在儀表內(nèi)部，從而減少信號

12、衰減和空間電磁波噪聲侵入（見右圖）。,按傳感器和轉(zhuǎn)換器組成方式,,（2）分體型 分體型是電磁流量計最普遍應(yīng)用的形式，如右圖所展示的，傳感器接入管道，轉(zhuǎn)換器裝在儀表室或人們易于接近的傳感器附近，相距數(shù)十到數(shù)百米。為防止外界噪聲侵入，信號電纜通常采用雙層屏蔽。測量電導(dǎo)率較低液體而相聚超過30m時，為防止電纜部分電容造成信號衰減，內(nèi)層屏蔽也有要求接上與芯線同電位低阻抗源的屏蔽驅(qū)動。分離型轉(zhuǎn)換器可遠(yuǎn)離現(xiàn)場惡劣環(huán)境，電子部件檢查、調(diào)整和參數(shù)設(shè)定就比較方便。,,電磁流量計優(yōu)缺點,電磁流量計缺點 不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。 不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等。 由于襯里材料和

13、電器絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體。 電磁流量計優(yōu)點 電磁流量計的測量通道是一段無阻流檢測件的光滑直管，因不宜阻塞適用于測量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。（注：插入式電磁流量計有所不同） 由于感應(yīng)電壓信號是在整個充滿磁場的空間中形成的，是管道載面上的平均值，因此傳感器所需的直管段較短，長度為5倍的管道直徑。,電磁流量計優(yōu)缺點,測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)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系，因此測量精度高。 測量管道內(nèi)無阻流件，因此沒有附加的壓力損失；測量管道內(nèi)無可動部件，因此傳感器壽命極長。 不產(chǎn)生因檢測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)能效果顯著，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。 電磁流量傳感器部分只有內(nèi)襯和電極與被測液體接觸，只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料，即可耐腐蝕和耐磨損。 雙向測量系統(tǒng)，可測正向流量、反向流量。,,主講：李棟,,PPT制作：陳偉鍵,,,,,,材料收集：史國進(jìn),材料收集：李春華,小秘：繆志鵬,醬油男：楊開洋,The end,thank you!,