電磁流量計(jì)課件匯編

1、 電磁流量計(jì)概述電磁流量計(jì)概述 電磁流量計(jì)(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(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)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)體在磁場中切割磁力

2、線 時(shí)，將產(chǎn)生電動(dòng)勢。該電動(dòng)勢的大小與磁感應(yīng) 強(qiáng)度B，磁場中作垂直切割磁力線方向運(yùn)動(dòng)的 導(dǎo)體長度和導(dǎo)體在磁場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e的大小為： vLuBe 電磁流量計(jì)的原理和機(jī)構(gòu)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 在垂直于磁場的非磁性測 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，電動(dòng) 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(dòng)勢， 即流量信號(hào)，V; k- 系數(shù)； B-磁感應(yīng)強(qiáng) 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 為儀表常 數(shù)，K=

3、 4 KB/D 。 電磁流量計(jì)的原理和機(jī)構(gòu)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(jì)分類電磁流量計(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

4、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DN300mm管道儀表的報(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；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

5、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)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

6、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)定磁場短期間直流采用相對于急劇變化的極化電壓，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

7、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?？焖夙憫?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(jì)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(shí)近年發(fā)展的連接方式，傳感器本身無法蘭，以

8、 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(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(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

9、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)在大管道流量檢測中，具有絕對的安裝 優(yōu)勢與價(jià)格優(yōu)勢。 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，可自由變更測量范圍（0.5m/s10m/s）。 儀表應(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(jì)通用性廣

10、、互 換性強(qiáng)，一種型號(hào)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液按流量傳感器電極是否與被測液 體接觸體接觸 (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(jī)或 條形電極。 (2) 非接觸型電極 大面積電極緊貼襯里（或絕緣測量管）外表面，以電容 耦合方式檢拾流量信號(hào)，可測量比接觸型電極的電容檢測方 式的電磁流量計(jì)簡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

11、，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 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(diǎn)的“點(diǎn) 流速”外，還有側(cè)多點(diǎn)“徑流速”者。 本型儀表適用于大型管道，

12、因?yàn)槭菧y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(jì)量。但是價(jià)格相對便宜。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(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

13、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。測量電 導(dǎo)率較低液體而相聚超過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)優(yōu)缺點(diǎn) 電磁流量計(jì)缺點(diǎn) 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(jī)溶劑 等。 由于襯里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(jì)有所不同） 由于感應(yīng)電壓信號(hào)是在整個(gè)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(jì)優(yōu)缺點(diǎn)電磁流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn) 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