1、概述

    電磁流量計(簡稱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。20世紀50年代初，電磁流量計實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。近年來，在世界范圍內(nèi)，三暢電磁流量計產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表總數(shù)的5%^"6.5%。特別是近幾年，該數(shù)值比例呈逐年上升趨勢。電磁流量計作為工業(yè)流量測量儀表的一種，其具有諸多優(yōu)點，如壓損極小;可測流量范圍大;適用的工業(yè)管徑范圍寬，***大可達3000mm;輸出信號和被測流量成線性，度較高;可測量電導(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。電磁流量計應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，按應(yīng)用場合有大口徑、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流體或高要求場所，如測量造紙工業(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)的強腐蝕液、鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制、長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制等，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)生要求的場所。

 

2、電磁流量計的選型

2.1電磁流量計的工作原理

    電磁流量計的工作原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體在磁場中運動時切割磁力線，在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如圖1所示。電動勢的方向由右手定則確定。導(dǎo)電性液體的流動方向、磁場和感應(yīng)電動勢的方向三者互相垂直。

電磁流量計計算公式為:

E=kBDv

式中:

E為感應(yīng)電動勢，即流量信號，V;

k為系數(shù);

B為磁感應(yīng)強度，T;

D為測量管內(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電磁流量計的選型

    電磁流量計是一種在工業(yè)流程中***為常見的流量測量儀表，電磁流量計的穩(wěn)定與可靠，對于整個計量系統(tǒng)影響很大。保證電磁流量計穩(wěn)定及可靠的工作，***重要的是選型。一臺不適合測量工況的三暢電磁流量計，即使在日常使用中完全符合操作規(guī)范，頻繁精細的保養(yǎng)維護，也無法避免頻繁的故障。電磁流量計在選型中通常應(yīng)注意以下7大要素:

 

    (1)精度等級和功能

    電磁流量計的精度等級高低不同。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。有些型號電磁流量計有更高的度，基本誤差僅(士0.2%一士0.3%) R，但有嚴格的安裝要求和參比條件，例如環(huán)境溫度、前后置直管段長度等因素。因此在選型時應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品樣本和工況條件進行綜合對比。

    電磁流一量計測量功能差別也很大，簡單的只是鋇(量單向流.ta，輸出模擬信號至控制系統(tǒng)或顯示儀表;多功能的有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小流Lr.!T!.切除、流}.1顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機通信和運動組態(tài)等。電磁流量計可選多種串行數(shù)字通信接口，如HART協(xié)議、PROFTBUS, FF現(xiàn)場總線等。

 

    (2)流速、滿度流量和口徑

    電磁流量計滿度流量時液體流速可在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5m/s，除非襯里材料能承受液流沖刷;實際應(yīng)用中很少超過7m/s，超過lOm/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為l m/s，有些型號電磁流量計則為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的流體，常用流速應(yīng)低于2-3m/s，以降低對襯里和電極的磨損。在測***接近闌值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速((<O.5-1m/s)，因流速提高流動噪聲會增加，而出現(xiàn)輸出晃動現(xiàn)象。

 

    電磁流量計口徑從10mm-3000mm不等。三暢電磁流量計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)合選型樣本進行確定。通常按流IAI范圍可進行縮徑或同徑選擇，當采用縮徑處理時，一般不應(yīng)縮至管徑1/2以下。

    {3)液體電導(dǎo)率

    選用電磁流量計的前提是被測液體必須是導(dǎo)電的，不能低于閡值下限值。電導(dǎo)率低于閡值會產(chǎn)生測量誤差直至不能使用，超過閡值即使變化也可以測量，示值誤差變化不大，通用型電磁流量計的闌值在10-4- (5 X 10-6) S/cm之間，視型號而異。使用時還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號線長度及其分布電容，制造廠使用說明書中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對應(yīng)的信號線長度。非接觸電容禍合大面積電極的儀表則可測電導(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，計量不存在問題，低度蒸餾水為10-SS/cm也不存在問題。石油制品和有機溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用。通常液體電導(dǎo)率宜比流量計制造廠規(guī)定的閡值至少大一個數(shù)量級。因為制造廠儀表規(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、連接信號線、外界噪聲等，否則會出現(xiàn)輸出晃動現(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斷開，出現(xiàn)輸出晃動甚至不能正常工作。

    對含有硬質(zhì)固體顆粒介質(zhì)的計量應(yīng)用，應(yīng)注意對傳感器襯里的磨損程度，測量管內(nèi)徑擴大會產(chǎn)生附加誤差。這種場合應(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重的缺點。也可以在傳感器進口端加裝噴嘴形護套，相對延長使用期。

 

    (5)附著和沉淀

    測量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時，若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，信號電勢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;也有暫時斷開測量電路，在電極簡短時間內(nèi)流過低壓大電流，灼燒清除附著油脂類附著層。易產(chǎn)生附著的場所可提高流速以達到自清掃的目的，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附著非導(dǎo)電膜層，三暢流量計仍能工作，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，不能用于測量礦漿液。氟塑料中***早應(yīng)用的是聚四氟乙烯，因與測量管間僅靠壓貼，無粘結(jié)力，不能用于負壓管道，后開發(fā)各種改性品種，實現(xiàn)注塑成形，與測量管有較強結(jié)合力，可用于負壓，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強酸堿的耐磨腐蝕性，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時間。

 

    (7)電極和接地環(huán)材料選擇

    1)電極材料選擇

    電極對測量介質(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)用實際和以往的經(jīng)驗來確定。

    ②避免電極表面效應(yīng)

    電磁流量計電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素，但有時候電極材料對被測介質(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方面。化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測介質(zhì)接觸后，形成鈍化膜或氧化層。他們對耐腐蝕性能可能起到積極保護作用，但也有可能增加表面接觸電阻。例如擔與水接觸就會被氧化，生成絕緣層。對于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì)一電極材料匹配，還沒有像腐蝕性那樣有充足的資料可查，只有一些有限經(jīng)驗，尚待在實踐中積累。

 

    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)濟上考慮較少采用擔、鉑等貴重金屬。因金屬工藝管道直接與流體接觸，電磁流量計不需要接地環(huán)。

 

3、結(jié)束語

    電磁流量計是酸、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。三暢電磁流量計的合理選型是計量數(shù)據(jù)真實、準確、可靠的根本性保證，直接影響到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的決策速度和決策水平，直接關(guān)系到企業(yè)經(jīng)濟效益和社會信譽。做好電磁流量計選型工作是儀表人孜孜不倦的追求。