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1. 概 述

　　電磁流量計(以下簡稱EMF)是利用法拉第電磁感到定律制成的一種丈量導電液體體積流量的儀表。50年月初EMF實現了產業化應用，比年來天下范疇EMF產量約占產業流量儀表臺數的5%～6.5%。 70年月以來出現鍵控低頻矩形波激磁方法，漸漸替換早期應用的工頻交換激磁方法，儀表性能有了很猛進步，得到更為遍及的應用。

　　2. 原理與機構

　　EMF的根來源根基理是法拉第電磁感到定律，即導體在磁場中切割磁力線活動時在其兩頭孕育發生感到電動勢。如圖1所示，導電性液體在垂直于磁場的非磁性丈量管內活動，與活動偏向垂直的偏向上孕育發生與流量成比例的感到電勢，電動勢的偏向按“弗來明右手規矩”，其值如下式 式中 E-----感到電動勢，即流量信號，V; k-----系數； B-----磁感到強度，T； D----丈量管內徑，m； --- 均勻流速，m/s。 設液體的體積流量為，則 式中 K 為儀表常數，K= 4 KB/πD 。 EMF由流量傳感器和轉換器兩大部門構成。傳感器典范布局表示如圖2，丈量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后孕育發生磁場穿過丈量管，一對電極裝在丈量管內壁與液體相打仗，引出感到電勢，送到轉換器。激磁電流則由轉換器提供。

　　3、 優 點

　　EMF的丈量通道是一段無阻流檢測件的平滑直管，因不易壅閉實用于丈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。 EMF不孕育發生因檢測流量所形成的壓力喪失，儀表的阻力僅是統一長度管道的沿程阻力，節能結果明顯，對付要求低阻力喪失的大管徑供水管道最為得當。 EMF所測得的體積流量，現實上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率(只要在某閾值以上)變革明顯的影響。 與其他大部門流量儀表相比，前置直管段要求較低。 EMF丈量范疇度大，通常為20：1～50：1，可選流量范疇寬。滿度值液體流速可在0.5～10m/s內選定。有些型號儀表可在現場憑據必要擴大和縮小流量(比方設有4位數電位器設定儀表常數)不必取下作離線實流標定。 EMF的口徑范疇比其他品種流量儀表寬，從幾毫米到3m。可測正反雙向流量，也可測脈動流量，只要脈動頻率低于激磁頻率許多。儀表輸出素質上是線性的。 易于選擇與流體打仗件的質料品種，可應用于腐化性流體。

　　4、 缺 點

　　EMF不克不及丈量電導率很低的液體，如煤油成品和有機溶劑等。不克不及丈量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。 通用型EMF由于襯里質料和電斷氣緣質料限定，不克不及用于較高溫度的液體；有些型號儀表用于過低于室溫的液體，因丈量管外凝露(或霜)而粉碎絕緣。

　　5、 分 類

　　市場上通用型產物和特別型儀表可以從差別角度分類。 如按激磁電流方法分別，有直流激磁、交換(工頻或其他頻率)激磁、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波激磁。幾種激磁方法的波形見圖3。 按輸出信號連線和激磁(或電源)連線的制式分類，有四線制和二線制。 按轉換器與傳感器組裝方法分類，有分散型和一體型。 按流量傳感器與管道毗連方法分類，有法蘭毗連、法蘭夾裝毗連、衛生型毗連和螺紋毗連。 按流量傳感器電極是否與被測液體打仗分類，有打仗型和非打仗型。按流量傳感器布局分類，有短管型和插入型。 按用途分類，有通用型、防爆型、衛生型、防侵水型和潛水型等。

　　6. 選用思量要點

　　6.1 應用表面

　　EMF應用范疇遍及。大口徑儀表較多應用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相稱難測流體或高要求場合，如丈量造紙產業紙漿液和黑液、有色冶金業的礦漿、選煤廠的煤漿、化學產業的強腐化液以及鋼鐵產業高爐風口冷卻水控制和監漏，長間隔管道煤的水力運送的流量丈量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫藥產業、食品產業、生物工程等有衛生要求的場合。

　　6.2精度品級和功效

　　市場上通用型EMF的性能有較大差異，有些精度高、功效多，有些精度低、功效簡樸。精度高的儀表根本偏差為(0.5%～1%)R，精度低的儀表則為(1.5%～2.5%)FS，兩者代價相差1～2倍。因此丈量精度要求不很高的場合(比方非商業核算僅以控制為目標，只要求高可靠性和精良重復性的場合)選用高精度儀表在經濟上是分歧算的。 有些型號儀表聲稱有更高的準確度，根本偏差僅(0.2%～0.3%)R，但有嚴酷的安置要求和參比條件，比方情況溫度20～22℃，前后置直管段長度要求分別大于10D,3D(通常為5D,2D)乃至提出流量傳感器要與前后置直管構成一體在流量尺度裝置上作實流校準，以淘汰夾裝不善的影響。因此在多種型號選擇比力時不要單純只看高指標，要細致閱讀制造廠樣本或闡明書做綜合闡發。 市場上EMF的功效差異也很大，簡樸的就只是丈量單向流量，只輸出模仿信號動員后位儀表；多功效儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源堵截報警、小信號切除、流量表現和總量盤算、主動查對和妨礙自診斷、與上位機通訊和活動組態等。有些型號儀表的串行數字通訊功效可選多種通訊接口和專用芯片(ASIC)，以毗連HART協議體系、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現場總線等。

　　6.3流速、滿度流量、范疇度和口徑

　　選定儀表口徑不愿定與管徑雷同，應視流量而定。流程產業運送水等粘度差別的液體，管道流速一樣通常是經濟流速1.5～3m/s。EMF用在如許的管道上，傳感器口徑與管徑雷同即可。 EMF滿度流量時液體流速可在1～10m/s范疇內選用，范疇是比力寬的。上限流速在原理上是不受限定的，然而通常發起不凌駕5m/s，除非襯里質料能蒙受液流沖洗，現實應用很少凌駕7m/s，凌駕10m/s則更為稀有。滿度流量的流速下限一樣通常為1m/s，有些型號儀表則為0.5m/s。有些新建工程運行初期流量偏低或在流速偏低的管系，從丈量精度角度思量，儀表口徑應改用小于管徑，以異徑管毗連之。用于有易粘附、沉積、結垢等物質的流體，選用流速不低于2m/s，最好進步到3～4m/s或以上，起到自排除、防備粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強的流體，常用流速應低于2～3m/s ，以低落對襯里和電極的磨損。 在丈量靠近閾值的低電導液體，盡大概選定較低流速(小于0.5～1m/s)，因流速進步活動噪聲會增長，而出現輸出擺蕩征象。 EMF的范疇度是比力大的，通常不低于20，帶有量程主動切換功效的儀表，可凌駕50～100。海內可以提供的定型產物的口徑從10mm到3000mm，隨然現實應用還因其中小口徑居多，但與大部門其他原理流量儀表(如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質量式等)相比，大口徑儀表占據較大比重。某企業近萬臺儀表中，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%。

　　6.4液體電導率

　　利用EMF的條件是被測液體必須是導電的，不克不及低于閾值(即下限值)。電導率低于閾值會孕育發生丈量偏差直至不克不及利用，凌駕閾值縱然變革也可以丈量，示值偏差變革不大，通用型EMF的閾值在10-4～(510-6)S/cm之間，視型號而異。利用時還取決于傳感器和轉換器間流量信號線長度及其漫衍電容，制造廠利用闡明書中通常劃定電導率相對應的信號線長度。非打仗電容耦合大面積電極的儀表則可測電導率低至510-8S/cm的液體。 產業用水及其水溶液的電導率大于10-4S/cm，酸、堿、鹽液的電導率在10-4～10-1S/cm之間，利用不存在題目，低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在題目。煤油成品和有機溶劑電導率過低就不克不及利用。表1列出多少液體的電導率。從資料上查到有些純液或水溶液電導率較低，以為不克不及利用，然而現實事情中會遇到因含有雜質而能利用的實例，這類雜質對增長電導率有利。對付水溶液，資猜中的電導率是用純水配比在實行室測得的，現實利用的水溶液大概用產業用水配比，電導率將比查得的要高，也有利于流量丈量。

　　表1 多少液體在20℃時的電導率

　　液體名稱 電導率

　　煤油 (3～5)10-13

　　丙酮 (2～6)10-8

　　純水，高度蒸餾水410-8

　　苯 7.610-8

　　液氨 1.310-7

　　甲醇 (4.4～7.2)10-7

　　飲用水 ≈10-4

　　海水 ≈410-2

　　硫酸(5%～99.4%)(2.110-1)～(8.510-3)

　　氨水(4%～30%) (110-3)～(210-4)

　　氫氧化鈉(4%～50%)(1.610-1)～(810-2)

　　食鹽水(2.5%) 210-1

　　憑據利用履歷，現實應用的液體電導率最好要比儀表制造廠劃定的閾值至少大一個數目級。由于制造廠儀表范例劃定的下限值是在種種利用條件較好狀態下可丈量的最低值。是受到一些利用條件限定，如電導率均勻性、毗連信號線、外界噪聲等，不然會出現輸出擺蕩征象等。我們就多次遇到丈量低度蒸餾水或去離子水，其電導率靠近閾值510-6S/cm，利用時出現輸出擺蕩。

　　6.5液體中含有混入物

　　混入成泡狀流的微吝嗇泡仍可正常事情，但測得的是含氣泡體積的混淆體積流量；如氣體含量增長到形成彈(塊)狀流，因電極大概被氣體擋住使電路瞬時斷開，出現輸出擺蕩乃至不克不及正常事情。含有非鐵磁性顆粒或纖維的固液雙相流體同樣可測得二相的體積流量。固體含量較高的流體，如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等現實上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起活動，兩者之間有滑動，速率上有差異，單相液體校驗的儀表用于固液雙相流領會孕育發生附加偏差。固然還未見到EMF應用于固液雙相流體中固形物影響的體系實行陳訴，但外洋有陳訴稱固形物含量有14%時偏差在3%范疇以內；我國黃河水利委員會水利科學研究所的實行陳訴稱，丈量高沙含量水的流量，含沙量體積比17%～40%(沙中值粒徑0.35mm)，儀表丈量偏差小于3%。 在漿液內有較大顆粒掠過電極表面，在頻率較低的矩形激磁的EMF中會孕育發生尖峰狀漿液噪聲，使流量信號不穩，就要選用較高頻率的儀表或有較強克制漿液噪聲本領的儀表，也可選用市電交換激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。 含有鐵磁性物質的流體對通常的EMF，因丈量管內磁導率受鐵磁體的差別含量而變革，會孕育發生丈量偏差。但在磁路中置有磁通檢測線圈賠償的EMF，可減小混入鐵磁體的影響。上海光彩儀表廠在交換激磁儀表的實行陳訴中稱，水中含有液固重量比約4：1，顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿，以80mm口徑儀表作凈水和漿液比擬流量試驗，通常的儀表示值變革7%～10%，裝有磁通檢測線圈的儀表，示值偏差在2%FS以內。 對含有礦石顆粒的礦漿應用，應細致對傳感器襯里的磨損程度，丈量管內徑擴大會孕育發生附加偏差。這種場合應選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里，同時發起傳感器安置在垂直管道上，使管道磨損均勻，消除程度安置下半部局部磨損嚴峻的缺點。也可以在傳感器入口端加裝噴嘴形護套，相對延伸利用期。

　　6.6 附著和沉淀

　　丈量易在管壁附著和沉淀物質的流體時，若附著的是比液體電導率高的導電物質，信號電勢將被短路而不克不及事情，若黑白導電層則起首應細致電極的污染，譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可調換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動刮出沉垢。外洋產物曾有電極上裝超聲波換能器，以掃除表面垢層，但現已少見。也有臨時斷開丈量電路，在電極簡短時間內流過低壓大電流，點火掃除附著油脂類附著層。易孕育發生附著的場合可進步流速以到達自排除的目標，還可以接納較方便的易洗濯的管道毗連，可不拆卸洗濯傳感器。 非打仗型電極 EMF附著非導電膜層，儀表仍能事情，但若為高導電層則同樣不克不及事情。

　　6.7 與流體打仗零部件質料的選擇

　　與流體打仗的傳感器零部件有襯里(或絕緣質料制成的丈量管)、電極、接地環和密封墊片，其質料的耐腐化性、耐磨耗性和利用溫度上限等影響儀表對流體的順應性。由于零部件少，形狀簡樸，質料選擇機動，電磁流量傳感器對流體的順應性強。

　　(1) 襯里質料(或直接與介質打仗的丈量管)

　　常用襯里質料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。比年有接納高純氧化鋁999.7%AI2O3)陶瓷制成襯里的，但只限中小口徑傳感器。 氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐化性或弱腐化性液體，如產業用水、廢污水及弱酸堿，代價最為低廉。氟塑料具有精良的耐化學腐化性，但耐磨性差，不克不及用于丈量礦漿液。氟塑猜中最早應用的是聚四氟乙烯，因與丈量管間僅靠壓貼，無粘結力，不克不及用于負壓管道，后開辟種種改性品種，實現注塑成形，與丈量管有較強聯協力，可用于負壓， 聚氨酯橡膠有極好的耐磨耗性，但耐酸堿的腐化性較差。它的耐磨性相稱于自然橡膠的10倍，實用于煤漿、礦漿等；介質溫度要低于40～60/70℃。氧化鋁陶瓷有極好的耐磨耗性和對強酸堿的耐磨腐化性，耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍，實用于具有腐化性的礦漿；但性脆，安置夾緊時疏忽易碎，可用于較高溫度(120～140/180℃)但要防備溫度劇變，如通蒸汽滅菌，一樣通常溫度突變不克不及大于100℃，升溫150℃ 要有10min時間。 通用型EMF幾種質料的壓力溫度大要實用范疇可參閱圖4。

　　(2) 電極和接地環質料

　　電極對丈量介質的耐腐是選擇質料起首思量的因素，其次思量是否會孕育發生鈍化等表面效應和所形成的噪聲。

　　1)選擇耐腐化質料 EMF電極的耐腐化性要求很高，常用金屬質料有含鉬耐酸鋼Icr18Ni12Mo2Ti，哈氏合金(耐蝕鎳基合金)B、C、鈦、鉭、鉑銥合金，險些可籠罩全部化學液。別的另有實用于漿液等的低噪聲電極，它們是導電橡膠電極、導電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包覆這些質料的金屬電極。在原則上電極質料的選擇應從利用者鑒戒該介質在其他設置裝備部署的應用現實和以往的履歷來確定。偶然后要做必要的實行，如現場取液體樣品在實行室做待用質料的腐化性試驗。最好的實行是現場掛片，這是最靠近現實應用條件的腐化性試驗，可以得出比力可靠可否實用的結論。

　　2)制止電極表面效應 電極的耐腐化性是選擇質料的緊張因素，但偶然間電極質料對被測介質有很好的耐腐化性，卻不愿定便是實用的質料，還要制止孕育發生電極表面效應。電極表面效應分為表面化學反響、電化學和極化征象以及電極的觸媒作用三個方面。 化學反響效應如電極表面與被測介質打仗后，形成鈍化膜或氧化層。他們對耐腐化性能大概起到積極掩護作用，但也有大概增長表面打仗電阻。比方鉭與水打仗就會被氧化，天生絕緣層。對付制止或減輕電極表面效應的介質------電極質料立室，還沒有像腐化性那樣有富足的資料可查，只有一些有限履歷，尚待在實踐中積聚。 接地環毗連在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩頭，他們的耐腐化要求比電極低，充實有肯定腐化，定期調換。通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因體積大從經濟上思量較少接納鉭鉑等寶貴金屬。如金屬工藝管道直接與流體打仗就不必要接地環。

　　7、 安置利用細致事變

　　7.1 利用時應細致的一樣通常事變 液體應具有丈量所需的電導率，并要求電導率漫衍大要上均勻。因此流量傳感器安置要避開容易孕育發生電導率不均勻場合，比方其上游相近參加藥液，加液點最好設于傳感器卑鄙。利用時傳感器丈量管必須滿盈液體(非滿管型破例)。有混淆時，其漫衍應大要均勻。 液體應與地同電位，必須接地。如工藝管道用塑料等絕緣質料時，運送液體孕育發生摩檫靜電等緣故原由，造成液體與地間有電位差。

　　7.2 流量傳感器安置

　　(1) 安置場合通常電磁流量傳感器外殼防護等極為IP65(GB 4208劃定的防塵防噴水級)，對安置場全部以下要求。

　　1) 丈量混淆相流體時，選擇不會引起相分散的場合；丈量雙組分液體時，制止裝在混淆尚未均勻的卑鄙；丈量化學反響管道時，要裝在反響充實完成段的卑鄙；

　　2) 盡大概制止丈量管內釀成負壓；

　　3) 選擇震驚小的場合，特別對一體型儀表；

　　4) 制止相近有大電機、大變壓器等，以免引起電磁場滋擾；

　　5) 易于實現傳感器單獨接地的場合；

　　6) 盡大概避開四周情況有高濃度腐化性氣體；

　　7) 情況溫度在－25/－10～50/600℃范疇內，一體形布局溫度還受制于電子元器件，范疇要窄些；

　　8) 情況相對濕度在10%～90%范疇內；

　　9) 盡大概制止受陽光直照；

　　10) 制止雨水浸淋，不會被水浸沒。要是防護品級是IP67(防塵防浸水級)或IP68 (防塵防潛水級)，則無需上述8)、10)兩項要求。

　　(2) 直管段長度要求

　　為得到正常丈量準確度，電磁流量傳感器上游也要有肯定長度直管段，但其長度與大部門別的流量儀表相比要求較低。90º彎頭、T形管、同心異徑管、全開閘閥后通常以為只要離電極中央線(不是傳感器入口端毗連面)5倍直徑(5D)長度的直管段，差別開度的閥則需10D；卑鄙直管段為(2～3)D或無要求；但要防備蝶閥閥片伸入到傳感器丈量管內。各尺度或檢定例程所提出上卑鄙直管段長度亦差別等，搜集如表2所示，要求比通常要求高。這是由于為包管到達當前0.5級精度儀表的要求。 擾流件名稱 尺度或檢定例程號 ISO 6817 ISO 9104 JIS B7554 ZBN 12007 JJG 198 上游 彎管、形管、全開閘閥、漸擴管 10D 或制造廠劃定 10D 5D 5D 10D 漸縮管 可視作直管 其他種種閥 10D 卑鄙 各種 未提要求 5D 未提要求 2D 2D 如閥能開利用時，應按閥截流偏向和電極軸成45º角度安置，則附加偏差可大為淘汰。

　　(3) 安置位置和活動偏向

　　傳感器安置偏向程度、垂直或傾斜均可，不受限定。但丈量固液兩相流體最好垂直安置，自下而上活動。如許能制止程度安置時襯里下半部局部磨損嚴峻，低流速時固相沉淀等缺點。 程度安置時要使電極軸線平行于地平線，不要處于垂直于地平線，由于處于田地的電極易被沉積物籠罩，頂部電極易被液體中偶存氣泡掠過遮住電極表面，使輸出信號顛簸。圖5所示管系中，c、d為相宜位置；a、b 、e為不宜位置，b處大概液體不滿盈，a、e處易積聚氣體，且e處傳感器后管段短也有大概不滿盈，排放口最好如f形狀所示。對付固液兩相流c處亦是不宜位置。

　　(4) 旁路管、便于洗濯毗連和預置入孔

　　為便于在工藝管道繼承活動和傳感器制止活動時查抄和調解零點，應裝旁路管。但大管徑管系因投資和位置空間限定，每每不易辦到。憑據電極污染程度來校正丈量值，或確定一個不影響丈量值的污染程度果斷基準是困難的。除前文所述，接納非打仗電極或帶刮刀掃除裝置電極的儀表，可辦理一些題目外，偶然還必要掃除內壁附著物，則可按圖6所示，不卸下傳感器當場掃除。 對付管徑大于1.5～1.6m的管系在EMF 相近管道上，預置入孔，以便管系制止運行時洗濯傳感器丈量管內壁。

　　(5) 負壓管系的安置

　　氟塑料襯里傳感器須審慎地應用于負壓管系；正壓管系應防備孕育發生負壓，比方液體溫度高于室溫的管系，封閉傳感器上卑鄙停止閥制止運行后，流體冷卻緊縮會形成負壓，應在傳感器相近裝負壓防備閥，如圖7所示。有制造廠劃定PTFE 和PFA 塑料襯里應用于負壓管系的壓力可在200C、1000C、1300C時利用的絕對壓力必須分別大于27、40、50KPa.

　　(6) 接地

　　傳感器必須單獨接地(接地電阻100Ω以下)。分散型原則上接地應在傳感器一側，轉換器接地應在統一接所在。如傳感器裝在有陰極腐化掩護管道上，除了傳感器和接地環一起接地外，還要用較粗銅導線(16mm2)饒過傳感器跨接受道兩毗連法蘭上，使陰極掩護電流于傳感器之間斷絕。 偶然后雜散電流過大，如電解槽沿著電解液的走泄電流影響 EMF 正常丈量，則可接納流量傳感器與其毗連的工藝之間電氣斷絕的措施。同樣有陰極掩護的管線上，陰極掩護電流影響 EMF 丈量時，也可以接納本方法。 7.3轉換器安置和毗連電纜 一體型 EMF 無單獨安置轉換器；分散型轉換器安置在傳感器相近或儀表室，場合選擇余地較大，情況條件比傳感器好些，其防護品級是 IP65 或 IP64 (防塵防濺級)。

　　安置場合的要求與7.2節之(1)中3)、4)、6)、8)、9)、10)各條雷同，情況溫度受電子件限定，利用溫度范疇比7)劃定所列要窄些。 轉換器和傳感器間間隔受制于被測介質電導率和信號電纜型號，即電纜的漫衍電容、導線截面和屏蔽層數等。要用制造廠隨儀表所附(或劃定型號)的信號電纜。電導率較低液體和傳輸間隔較永劫，也有劃定用三層屏蔽電纜。一樣通常儀表“利用闡明書”對差別電導率液體給出相應傳輸間隔范疇。單層屏蔽電纜用于產業用水或酸堿液通常可傳送間隔100m。 為了制止滋擾信號，信號電纜必須單獨穿在接地掩護鋼管內，不克不及把信號電纜和電源線安置在統一鋼管內。