1、概述

    電磁流量計(jì)(簡(jiǎn)稱(chēng)EMF)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種側(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的流量計(jì)。20世紀(jì)50年代初，電磁流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái)，在世界范圍內(nèi)，三暢電磁流量計(jì)產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表總數(shù)的5%^"6.5%。特別是近幾年，該數(shù)值比例呈逐年上升趨勢(shì)。電磁流量計(jì)作為工業(yè)流量測(cè)量?jī)x表的一種，其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如壓損極小;可測(cè)流量范圍大;適用的工業(yè)管徑范圍寬，***大可達(dá)3000mm;輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性，度較高;可測(cè)量電導(dǎo)率>5us/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等流體流量。電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，按應(yīng)用場(chǎng)合有大口徑、中小口徑、小口徑和微小口徑之分，其中大口徑電磁流量計(jì)較多應(yīng)用于給排水、污水處理及油氣田注水等工程，中小口徑常應(yīng)用于固液雙相等難測(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、鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制、長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制等，而小口徑和微小口徑常應(yīng)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。

 

2、電磁流量計(jì)的選型

2.1電磁流量計(jì)的工作原理

    電磁流量計(jì)的工作原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁力線，在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如圖1所示。電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定。導(dǎo)電性液體的流動(dòng)方向、磁場(chǎng)和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向三者互相垂直。

電磁流量計(jì)計(jì)算公式為:

E=kBDv

式中:

E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào)，V;

k為系數(shù);

B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T;

D為測(cè)量管內(nèi)徑，m;

v為液體平均流速，m/s;

設(shè):液體體積流量為q v,

則:

故:

 

2.2電磁流量計(jì)的選型

    電磁流量計(jì)是一種在工業(yè)流程中***為常見(jiàn)的流量測(cè)量?jī)x表，電磁流量計(jì)的穩(wěn)定與可靠，對(duì)于整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)影響很大。保證電磁流量計(jì)穩(wěn)定及可靠的工作，***重要的是選型。一臺(tái)不適合測(cè)量工況的三暢電磁流量計(jì)，即使在日常使用中完全符合操作規(guī)范，頻繁精細(xì)的保養(yǎng)維護(hù)，也無(wú)法避免頻繁的故障。電磁流量計(jì)在選型中通常應(yīng)注意以下7大要素:

 

    (1)精度等級(jí)和功能

    電磁流量計(jì)的精度等級(jí)高低不同。精度高的基本誤差為(士0.5%一士1%) R，精度低的則為(士1.5%一士2.5%) FS。有些型號(hào)電磁流量計(jì)有更高的度，基本誤差僅(士0.2%一士0.3%) R，但有嚴(yán)格的安裝要求和參比條件，例如環(huán)境溫度、前后置直管段長(zhǎng)度等因素。因此在選型時(shí)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品樣本和工況條件進(jìn)行綜合對(duì)比。

    電磁流一量計(jì)測(cè)量功能差別也很大，簡(jiǎn)單的只是鋇(量單向流.ta，輸出模擬信號(hào)至控制系統(tǒng)或顯示儀表;多功能的有測(cè)雙向流、量程切換、上下限流量報(bào)警、空管和電源切斷報(bào)警、小流Lr.!T!.切除、流}.1顯示和總量計(jì)算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。電磁流量計(jì)可選多種串行數(shù)字通信接口，如HART協(xié)議、PROFTBUS, FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。

 

    (2)流速、滿(mǎn)度流量和口徑

    電磁流量計(jì)滿(mǎn)度流量時(shí)液體流速可在1- tOm/s范圍內(nèi)選用，范圍比較寬。上限流速在原理上雖不受限制，但通常建議不超過(guò)5m/s，除非襯里材料能承受液流沖刷;實(shí)際應(yīng)用中很少超過(guò)7m/s，超過(guò)lOm/s則更為罕見(jiàn)。滿(mǎn)度流量的流速下限一般為l m/s，有些型號(hào)電磁流量計(jì)則為0.5m/s。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，***好提高到3-4m/s或以上，起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于2-3m/s，以降低對(duì)襯里和電極的磨損。在測(cè)***接近闌值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速((<O.5-1m/s)，因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加，而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。

 

    電磁流量計(jì)口徑從10mm-3000mm不等。三暢電磁流量計(jì)口徑選型不一定與管徑相同，具體應(yīng)根據(jù)流量范圍結(jié)合選型樣本進(jìn)行確定。通常按流IAI范圍可進(jìn)行縮徑或同徑選擇，當(dāng)采用縮徑處理時(shí)，一般不應(yīng)縮至管徑1/2以下。

    {3)液體電導(dǎo)率

    選用電磁流量計(jì)的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的，不能低于閡值下限值。電導(dǎo)率低于閡值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用，超過(guò)閡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)的闌值在10-4- (5 X 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。非接觸電容禍合大面積電極的儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5 X 10-8S/cm的液體。

    工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率>>10-4S/cm，酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4'10-'S/cm之間，計(jì)量不存在問(wèn)題，低度蒸餾水為10-SS/cm也不存在問(wèn)題。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過(guò)低就不能使用。通常液體電導(dǎo)率宜比流量計(jì)制造廠規(guī)定的閡值至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)橹圃鞆S儀表規(guī)范規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測(cè)量的較低值。是受到一些使用條件限制，如電導(dǎo)率均勻性、連接信號(hào)線、外界噪聲等，否則會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象等。

 

    {4)液體中含有混入物

    混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作，但測(cè)得的是含氣泡體積的混合體積流量;如氣體含量增加到形成彈(塊)狀流，因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開(kāi)，出現(xiàn)輸出晃動(dòng)甚至不能正常工作。

    對(duì)含有硬質(zhì)固體顆粒介質(zhì)的計(jì)量應(yīng)用，應(yīng)注意對(duì)傳感器襯里的磨損程度，測(cè)量管內(nèi)徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生附加誤差。這種場(chǎng)合應(yīng)選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨醋橡膠襯里，同時(shí)建議傳感器安裝在垂直管道上，使管道磨損均勻，消除水平安裝下半部局部磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)。也可以在傳感器進(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套，相對(duì)延長(zhǎng)使用期。

 

    (5)附著和沉淀

    測(cè)量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時(shí)，若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作，若是非導(dǎo)電層則應(yīng)注意電極的污染，譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。

    國(guó)外產(chǎn)品曾有電極上裝超聲波換能器，以清除表面垢層，但現(xiàn)已少見(jiàn);也有暫時(shí)斷開(kāi)測(cè)量電路，在電極簡(jiǎn)短時(shí)間內(nèi)流過(guò)低壓大電流，灼燒清除附著油脂類(lèi)附著層。易產(chǎn)生附著的場(chǎng)所可提高流速以達(dá)到自清掃的目的，還可以采取較方便的易清洗的管道連接，可不拆卸清洗傳感器。非接觸型電極電磁流量計(jì)附著非導(dǎo)電膜層，三暢流量計(jì)仍能工作，但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。

 

      (6)襯里材料的選擇

    電磁流量計(jì)常用襯里材料(或直接與介質(zhì)接觸的鋇J量管)有氟塑料、聚氨醋橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁陶瓷制成襯里的，但只限中小口徑傳感器。氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿，價(jià)格***為低廉。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，但耐磨性差，不能用于測(cè)量礦漿液。氟塑料中***早應(yīng)用的是聚四氟乙烯，因與測(cè)量管間僅靠壓貼，無(wú)粘結(jié)力，不能用于負(fù)壓管道，后開(kāi)發(fā)各種改性品種，實(shí)現(xiàn)注塑成形，與測(cè)量管有較強(qiáng)結(jié)合力，可用于負(fù)壓，聚氨酷橡膠有極好的耐磨耗性，但耐酸堿的腐蝕性較差。它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍，適用于煤漿、礦漿等;介質(zhì)溫度要低于4060/700C。氧化鋁陶瓷有極好的耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐磨腐蝕性，耐磨性約為聚氨醋橡膠的10倍，適用于具有腐蝕性的礦漿;但性脆，安裝夾緊時(shí)疏忽易碎，可用于較高溫度(120140/1800C)但要防止溫度劇變，如通蒸汽滅菌，一般溫度突變不能>1000C，升溫1500C要有10min時(shí)間。

 

    (7)電極和接地環(huán)材料選擇

    1)電極材料選擇

    電極對(duì)測(cè)量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素;其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。

 

    ①電極耐腐蝕材料

    電磁流量計(jì)電極的耐腐蝕性要求很高，常用金屬材料有含鑰耐酸鋼，哈氏合金等，幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極，它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包覆這些材料的金屬電極。在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際和以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。

    ②避免電極表面效應(yīng)

    電磁流量計(jì)電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素，但有時(shí)候電極材料對(duì)被測(cè)介質(zhì)有很好的耐腐蝕性，卻不一定就是適用的材料，還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測(cè)介質(zhì)接觸后，形成鈍化膜或氧化層。他們對(duì)耐腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用，但也有可能增加表面接觸電阻。例如擔(dān)與水接觸就會(huì)被氧化，生成絕緣層。對(duì)于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì)一電極材料匹配，還沒(méi)有像腐蝕性那樣有充足的資料可查，只有一些有限經(jīng)驗(yàn)，尚待在實(shí)踐中積累。

 

    2)接地環(huán)材料選擇

    接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端，其耐腐蝕要求比電極低，可定期更換。接地環(huán)材料通常選用耐酸鋼或哈氏合金，因體積大從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用擔(dān)、鉑等貴重金屬。因金屬工藝管道直接與流體接觸，電磁流量計(jì)不需要接地環(huán)。

 

3、結(jié)束語(yǔ)

    電磁流量計(jì)是酸、堿、鹽溶液、水、污水以及泥漿、礦漿等介質(zhì)常用的量化手段及可視化窗口。三暢電磁流量計(jì)的合理選型是計(jì)量數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠的根本性保證，直接影響到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的決策速度和決策水平，直接關(guān)系到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)信譽(yù)。做好電磁流量計(jì)選型工作是儀表人孜孜不倦的追求。