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1、 電 磁 流 量 計(jì) 概 述電 磁 流 量 計(jì) 原 理 和 機(jī) 構(gòu)電 磁 流 量 計(jì) 分 類電 磁 流 量 計(jì) 優(yōu) 缺 點(diǎn)成 員 介 紹 電磁流量計(jì)概述電 磁 流 量 計(jì) (Eletromagnetic Flowmeters簡(jiǎn) 稱EMF)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 。 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(jì) 應(yīng) 用 于 工 業(yè) 。50年 代 初 EMF實(shí) 現(xiàn) 了 工 業(yè) 化 應(yīng) 用 ， 近 年

2、來 世 界范 圍 EMF產(chǎn) 量 約 占 工 業(yè) 流 量 儀 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 。 電磁流量計(jì)的原理和機(jī)構(gòu)u vL根 據(jù) 法 拉 第 定 律 ， 當(dāng) 導(dǎo) 體 在 磁 場(chǎng) 中 切 割 磁 力 線時(shí) ， 將 產(chǎn) 生 電 動(dòng) 勢(shì) 。 該 電 動(dòng) 勢(shì) 的 大 小 與 磁 感 應(yīng)強(qiáng) 度 B， 磁 場(chǎng) 中 作 垂 直 切 割 磁 力 線 方 向 運(yùn) 動(dòng) 的導(dǎo) 體 長(zhǎng) 度 和

3、 導(dǎo) 體 在 磁 場(chǎng) 中 作 垂 直 于 磁 力 線 方 向運(yùn) 動(dòng) 的 速 度 成 正 比 。 當(dāng) 三 者 相 互 垂 直 時(shí) ， 感 應(yīng)電 動(dòng) 勢(shì) e的 大 小 為 ： vLuBe 電磁流量計(jì)的原理和機(jī)構(gòu)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；

4、 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/ D 。 電磁流量計(jì)的原理和機(jī)構(gòu)電 磁 流 量 計(jì) 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(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 。 電磁流量

5、計(jì)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(cè) 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(jì) 用 于 測(cè) 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(cè) 量 攝 氏 500余 度 的 熔 融 納 流 量 ，見 到 過 有 應(yīng) 用 于 DN300mm管 道 儀 表 的

6、報(bào) 道 。 干 法 效 驗(yàn)流 量 值 ， 與 濕 法 （ 實(shí) 流 ） 效 驗(yàn) 相 比 ， 精 度 可 達(dá) 3% 。除 由 電 磁 鐵 值 流 激 磁 產(chǎn) 生 次 場(chǎng) 外 ， 也 有 用 永 久 磁 鐵 磁場(chǎng) 的 較 小 口 徑 傳 感 器 。 本 類 儀 表 在 我 國(guó) 一 般 流 程 工 業(yè) 中 應(yīng) 用 還 屬 探 索 階段 ， 20世 紀(jì) 60 70年 代 曾 成 功 地 應(yīng) 用 于 測(cè) 量 電 解 槽 常溫 泵 流 量 ； 有 色 冶 金 工 業(yè) 也 曾 試 用 于 測(cè) 量 熔 鋅 液 流 量 ，因 鋅 液 在 測(cè) 量 管 內(nèi) 壁 結(jié) 垢 及 氧 化 鋅 等 原 因 ， 未 使 用 成功

7、 。 按激磁電流方式2、 交 流 激 磁 早 期 電 磁 流 量 計(jì) 用 于 50Hz工 頻 市 電 激 磁 ， 產(chǎn) 生 正 弦 波 交 變 磁場(chǎng) ； 采 用 交 流 激 磁 的 理 由 是 為 了 避 免 像 用 直 流 激 磁 時(shí) 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(hào) 同 相 應(yīng) 各 種感 應(yīng) 噪 聲 的 疊 加 ， 形 成 零 點(diǎn) 漂 移 等 ， 現(xiàn) 在 已 漸 被 低 頻 矩 形 波 激 磁所 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

8、 產(chǎn) 生 與 流 量 信 號(hào) 同 相 位 噪 聲 ， 電 極 污 染 形 成的 噪 聲 和 零 點(diǎn) 漂 移 ； 2)磁 回 路 中 鐵 損 偏 移 了 激 磁 電 流 與 磁 場(chǎng) 間 相 位 ， 使 原 來 在 信號(hào) 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(hào) 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(diǎn)穩(wěn)

9、定 ， 電 極 污 染 影 響 小 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 得 到 很 快 發(fā) 展 ， 成 為 迄 今 主 要 激磁 方 式 。 流 量 信 號(hào) 在 信 號(hào) 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 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(chǎng) 短 期 間 直 流 采 用 相 對(duì) 于 急

10、 劇 變 化 的 極 化 電 壓 ， 還 會(huì) 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(dòng) 。 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(jì) 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

11、采 樣 和 低 通 、 高 通 濾 波 器 ， 得 到 高 頻 和 低 頻 兩 種信 號(hào) ， 合 成 后 得 流 量 信 號(hào) ， 克 服 了 低 頻 矩 形 波 激 磁 存 在 的 漿 液噪 聲 和 流 動(dòng) 噪 聲 ， 提 高 儀 表 的 穩(wěn) 定 性 和 響 應(yīng) 性 。 快 速 響 應(yīng) 性 可反 映 頻 率 高 達(dá) 1Hz的 柱 塞 泵 的 流 動(dòng) 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(shí) 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

12、感 器 都 采 用本 連 接 方 式 。 體 積 和 重 量 都 比 夾 裝 連 接 方 式 大 。 DN15 600mm 電 磁 流 量 計(jì) 的 兩 法 蘭 面 間 長(zhǎng) 度 ， 國(guó) 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(shí) 近 年 發(fā) 展 的 連 接 方 式 ， 傳 感 器 本 身 無 法 蘭 ， 以較 長(zhǎng) 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(duì) 于 不 同 壓 力 規(guī) 范 和 標(biāo) 準(zhǔn) 管 系 法 蘭 孔 距

13、適 應(yīng) 性 強(qiáng) ；但 只 適 用 于 較 小 管 徑 （ 200mm一 下 ） ,承 受 液 體 工 作 壓 力 較 低 。 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(guó) 際 制 酪 聯(lián) 合 會(huì) IDF加持 件 相 連 接 ， 實(shí) 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(chǎng) 所 。螺 紋 連

14、 接 還 有 較 多 應(yīng)用 于 石 油 、 地 質(zhì) 勘 探等 16 25MPa以 上 高壓 注 水 或 水 泥 漿 液 流量 測(cè) 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(jì)特 點(diǎn) ： 插 入 式 電 磁 流 量 計(jì) 在 大 管 道 流 量 檢 測(cè) 中 ， 具 有 絕 對(duì) 的 安 裝優(yōu) 勢(shì) 與 價(jià) 格 優(yōu) 勢(shì) 。 轉(zhuǎn) 換 器 采 用 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) ， 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 自 由 變 更 測(cè) 量 范 圍 （ 0.5m/s 10m/s） 。 儀 表

15、應(yīng) 用 “ 自 動(dòng) 歸 零 ” 原 理 ， 消 除 電 化 學(xué) 干 擾 信 號(hào) ， 零 點(diǎn)自 穩(wěn) 。 轉(zhuǎn) 換 器 和 傳 感 器 具 有 多 種 防 護(hù) 等 級(jí) 及 安 裝 方 式 ， 有 適 用 于潛 水 安 裝 的 IP68等 級(jí) 。 適 用 于 水 、 污 水 、 酸 、 強(qiáng) 堿 等 導(dǎo) 電 率 在 5 s/cm以 上 的 液 體流 量 檢 測(cè) ， 特 別 適 用 于 供 排 水 管 道 的 流 量 測(cè) 量 。 流 量 的 測(cè) 量 只 與 插 入 深 度 有 關(guān) ， 故 該 流 量 計(jì) 通 用 性 廣 、 互 換 性 強(qiáng) ， 一 種 型 號(hào) 就 可 適 用 于 多 種 規(guī) 格 管 道 的

16、 流 體 測(cè) 量 要 求 。 按流量傳感器與管道連接方式插入式電磁流量計(jì) 按流量傳感器電極是否與被測(cè)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(duì) 電 極 ，大 口 徑 儀 表 業(yè) 有 用 兩 對(duì) 電 極 。 非 滿 管 型 EMF也 有 用 3對(duì) 電 機(jī) 或條 形 電 極 。(2) 非 接 觸 型 電 極 大 面 積 電 極 緊 貼 襯 里 （ 或 絕 緣 測(cè) 量 管 ） 外 表 面 ， 以 電 容耦 合 方 式 檢 拾 流 量 信 號(hào) ， 可 測(cè) 量 比 接 觸 型 電 極 的 電 容 檢 測(cè) 方式 的 電 磁 流

17、量 計(jì) 簡(jiǎn) 稱 電 容 式 電 磁 流 量 計(jì) ， 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(huì) 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(jī) 會(huì) 不 存 在 流 動(dòng) 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(huì) 影 響 測(cè) 量 ； 但 覆 蓋 層 若 為 導(dǎo) 電 膜 則 儀 表 將 無 指 示 。

18、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(jì) 的 結(jié) 構(gòu) ， 流 量 傳 感 器 帶 有 測(cè)量 管 段 連 接 到 管 道 系 統(tǒng) 中 。(2) 插 入 型 插 入 式 電 磁 流 量 計(jì) 傳 感 器 實(shí) 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(cè) 管 道 上 開 孔 中 插 入 ， 測(cè) 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(diǎn) 的 “ 點(diǎn)流 速 ” 外 ， 還 有 側(cè) 多 點(diǎn) “ 徑 流 速 ” 者 。 本

19、 型 儀 表 適 用 于 大 型 管 道 ， 因 為 是 測(cè) 量 局 部 流 速 推 算 流 體 流量 ， 測(cè) 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(jì) 量 。 但 是 價(jià) 格 相 對(duì) 便 宜 。 應(yīng) 用 特 點(diǎn) 還 可 參 閱 插 入 式流 量 計(jì) 。 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(hào) ， 實(shí) 際 上成 為 電 磁 流 量 變 送 器 。 一體 型 縮 短 了 二 者 之 間 信 號(hào)線

20、和 激 磁 線 的 連 接 長(zhǎng) 度 ，并 使 之 物 外 接 ， 隱 蔽 在 儀表 內(nèi) 部 ， 從 而 減 少 信 號(hào) 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(jì) 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(hào) 電纜 通 常 采 用 雙 層 屏 蔽 。 測(cè) 量 電導(dǎo) 率 較 低 液

21、 體 而 相 聚 超 過 30m時(shí) ， 為 防 止 電 纜 部 分 電 容 造 成信 號(hào) 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(dòng) 。 分 離 型 轉(zhuǎn) 換 器 可 遠(yuǎn)離 現(xiàn) 場(chǎng) 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(jì) 優(yōu) 缺 點(diǎn)電 磁 流 量 計(jì) 缺 點(diǎn) 不 能 測(cè) 量 氣 體 、 蒸 汽 和 含 有 較 多 較 大 氣 泡 的 液 體 。 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 。 由 于 襯 里

22、 材 料 和 電 器 絕 緣 材 料 限 制 ， 不 能 用 于 較 高 溫度 的 液 體 。電 磁 流 量 計(jì) 優(yōu) 點(diǎn) 電 磁 流 量 計(jì) 的 測(cè) 量 通 道 是 一 段 無 阻 流 檢 測(cè) 件 的 光 滑 直管 ， 因 不 宜 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 。 （ 注 ：插 入 式 電 磁 流 量 計(jì) 有 所 不 同 ） 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

23、 此 傳 感 器 所 需 的 直 管 段 較 短 ，長(zhǎng) 度 為 5倍 的 管 道 直 徑 。 電 磁 流 量 計(jì) 優(yōu) 缺 點(diǎn) 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 。 測(cè) 量 管 道 內(nèi) 無 阻 流 件 ， 因 此 沒 有 附 加 的 壓 力 損 失 ； 測(cè) 量 管 道 內(nèi)無 可 動(dòng) 部 件 ， 因 此 傳 感 器 壽 命 極 長(zhǎng) 。 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(zhǎng)度 管 道 的 沿 程 阻 力 ， 節(jié) 能 效 果 顯 著 ， 對(duì) 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(cè) 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(cè) 量 系 統(tǒng) ， 可 測(cè) 正 向 流 量 、 反 向 流 量 。