傳感器與檢測(cè)技術(shù)（第5版）課件 7.3 電磁流量計(jì)

7.3電磁流量計(jì)利用法拉第電磁感應(yīng)定律，測(cè)量導(dǎo)電液體體積流特點(diǎn)：測(cè)量通道是光滑直管，不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體；不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失；不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化影響；前置直管段要求較低；測(cè)量范圍度大，通常為20:1～50:1；不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體；不能用于較高溫度的液體。7.3電磁流量計(jì)7.3.1電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理7.3.2電磁流量計(jì)的選用與安裝7.3.1電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理1.電磁流量計(jì)原理2.電磁流量計(jì)的構(gòu)成1.電磁流量計(jì)原理基本原理：法拉第電磁感應(yīng)定律： 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁流量計(jì)測(cè)量原理導(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)液體的體積流量式中,K為儀表常數(shù)，K=4kB/πD

在管道直徑確定，磁感應(yīng)強(qiáng)度不變的條件下，體積流量與電磁感應(yīng)電勢(shì)有一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，而與流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率無(wú)關(guān)。2.電磁流量計(jì)的構(gòu)成電磁流量計(jì)＝流量傳感器＋轉(zhuǎn)換器（1）電磁流量計(jì)流量傳感器外殼磁路系統(tǒng)測(cè)量管襯里電極 ①外殼（鐵磁材料制成）

功能：保護(hù)激磁線圈，隔離外磁場(chǎng)的干擾。 ②磁路系統(tǒng)

功能：產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場(chǎng)直流磁場(chǎng)可用永久磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁流量計(jì)，一般都采用交變磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)電勢(shì)為電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式勵(lì)磁波形特征直流適用于液體金屬流體的測(cè)量。測(cè)量水流量時(shí)，在電極上發(fā)生極化現(xiàn)象，不能用。正弦波以前主流的勵(lì)磁方式。受電化學(xué)影響小，但是零點(diǎn)容易漂移。測(cè)量速度較快。低頻矩形波目前主流的勵(lì)磁方式。零點(diǎn)較穩(wěn)定。測(cè)量速度較慢。低頻三值波有一半時(shí)間無(wú)磁場(chǎng)，零點(diǎn)穩(wěn)定。測(cè)量速度較慢。 ③測(cè)量管

流過(guò)被測(cè)流體，兩端設(shè)有法蘭，用做連接管道。測(cè)量導(dǎo)管采用不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率并據(jù)有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，一般可選用不銹鋼、玻璃鋼、鋁及其它高強(qiáng)度的材料。 ④襯里

在測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)壁的一層耐磨、耐腐蝕、耐高溫的絕緣材料。

主要功能：增加測(cè)量導(dǎo)管的耐磨性與腐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量導(dǎo)管壁短路。⑤電極：正確引出感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)用不銹鋼非導(dǎo)磁材料制成，安裝時(shí)要求與襯里齊平（2）轉(zhuǎn)換器-基于正弦波勵(lì)磁的功能：放大感應(yīng)電勢(shì)、抑制主要的干擾信號(hào)。 采用了交變磁場(chǎng)克服了極化現(xiàn)象，但增加了電磁正交干擾信號(hào)，正交干擾信號(hào)的相位和被測(cè)感應(yīng)電勢(shì)相差900

消除正交干擾的方法：

信號(hào)引出線自動(dòng)補(bǔ)償 轉(zhuǎn)換器的放大電路反饋補(bǔ)償。

①轉(zhuǎn)換器與電磁流量傳感器連線自動(dòng)補(bǔ)償方式②轉(zhuǎn)換器組成原理轉(zhuǎn)換器方框圖（2）轉(zhuǎn)換器-基于低頻矩形波勵(lì)磁的①勵(lì)磁電流波形和傳感器輸出波形②轉(zhuǎn)換器組成原理轉(zhuǎn)換器方框圖③信號(hào)處理流程基于梳狀帶通濾波的水流量信號(hào)處理流程7.3電磁流量計(jì)7.3.1電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)與原理7.3.2電磁流量計(jì)的選用與安裝7.3.2電磁流量計(jì)的選用與安裝大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程。中小口徑常用于固液雙相流等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。（1）選用考慮要點(diǎn)①精度②流速③范圍度④口徑

⑤液體電導(dǎo)率①精度

市場(chǎng)上通用型電磁流量計(jì)的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡(jiǎn)單。精度高的儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）FS，精度低的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價(jià)格相差1～2倍。 因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所（例如非經(jīng)濟(jì)核算僅以控制為目的，只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所）選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。②流速選定儀表口徑不一定與管徑相同，視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5～3m/s。電磁流量計(jì)用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。滿度流量時(shí)液體流速可在1～10m/s范圍內(nèi)選用，用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體，選用流速不低于2m/s，自清掃、防止粘附沉積等作用測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s）

③范圍度

電磁流量計(jì)的范圍度較大，通常不低于20，帶有量程自動(dòng)切換功能的儀表，可超過(guò)50～100。 ④口徑國(guó)內(nèi)定型產(chǎn)品的口徑從10mm～3000mm，實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多，與大部分其他原理流量?jī)x表（如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等）相比，大口徑儀表占有較大比重。⑤液體電導(dǎo)率使用電磁流量計(jì)的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的，不能低于閾值（即下限值）。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用，超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)量，示值誤差變化不大，通用型電磁流量計(jì)的閾值在10-4～（5×10-6）S/cm之間，視型號(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容，制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長(zhǎng)度。（2）流量傳感器安裝①安裝場(chǎng)所②直管段長(zhǎng)度要求③安裝位置和流動(dòng)方向④接地①安裝場(chǎng)所測(cè)量混合相流體時(shí)，選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所；測(cè)量雙組分液體時(shí)，避免裝在混合尚未均勻的下游；測(cè)量化學(xué)反應(yīng)管道時(shí)，要裝在反應(yīng)充分完成段的下游；盡可能避免測(cè)量管內(nèi)變成負(fù)壓；選擇震動(dòng)小的場(chǎng)所，特別對(duì)一體型儀表；避免附近有大電機(jī)、大變壓器等引起電磁場(chǎng)干擾；易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場(chǎng)所；盡可能避開(kāi)周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體；環(huán)境溫度在－25/－10～50/600℃范圍內(nèi)；環(huán)境相對(duì)濕度在10%～90%范圍內(nèi)；盡可能避免受陽(yáng)光直照；避免雨水浸淋，不會(huì)被水浸沒(méi)。②直管段長(zhǎng)度要求長(zhǎng)度與大部分其它流量?jī)x表相比要求較低。90o彎頭、T形管、同心異徑管、全開(kāi)閘閥后通常認(rèn)為只要離電極中心線5倍直徑（5D）長(zhǎng)度的直管段，不同開(kāi)度的閥則需10D；下游直管段為（2～3）D或無(wú)要求；各標(biāo)準(zhǔn)或檢定規(guī)程所提出上下游直管段長(zhǎng)度亦不一致，要求比通常要求高。這是由于為保證達(dá)到當(dāng)前0.5級(jí)精度儀表的要求。③安裝位置和流動(dòng)方向安裝方向不受限制,但測(cè)量固液兩相流體最好垂直安裝。a,b,e—不良

c,d—良好④