电磁流量计的工作原理

工作原理 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。大流量与小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，大可达3m，输出信号和被测流量成线性，度较高，可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。 当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定： Ex=BDv－－－－－－－－－－－－－－－－-式（1） 式中Ex—感应电势，V； B—磁感应强度，T D—管道内径，m v—液体的平均流速，m/s 然而体积流量qv等于流体的流速v与管道截面积（πD?）/4的乘积，将式（1）代入该式得： Qv=(πD/4B)*Ex－－－－－－－－-式（2） 由上式可知，在管道直径D己定且保持磁感应强度B不变时，被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极，就可引入感应电势Ex，测量此电势的大小，就可求得体积流量。 据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流速成正比例，其值为： E=B·V·D·K 式中：E－感应电势； K－与磁场分布及轴向长度有关的系数； B－磁感应强度； V－导电液体平均流速； D－电极间距；（测量管内直径） 传感器将感应电势E作为流量信号，传送到转换器，经放大，变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。转换器有4~20mA输出，报警输出及频率输出，并设有RS－485等通讯接口，并支持HART和MODBUS协议。 注：不同电磁流量计参数略有差异，使用时请务必查看说明书。 根据法拉第电磁感应定律，在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速v流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间产生感生电动势： e=KBDv(3-36) 式中，v为管道截面上的平均流速，k为仪表常数。由此可得管道的体积流量为： qv=πeD/4KB(3-37) 由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。 需要说明的是，要使式(3—37)严格成立，使电磁流量计测量条件满足下列假定： ①磁场是均匀分布的恒定磁场; ②被测流体的流速轴对称分布; ③被测液体是非磁性的; ④被测液体的电导率均匀且各向同性。 技术要求 准确度等级 流量计在规定的流量范围内准确度等级、大允许误差应符合表1的规定。流量计误差表示使用相对示值误差。 准确度等级和大允许误差 准确度等级 0.2 （0.25） （0.3） 0.5 大允许误差 ±0.2% （±0.25%） （±0.3%） ±0.5% 准确度等级 1.0 1.5 2.5 / 大允许误差 ±1.0% ±1.5% ±2.5% / 注：采用不带括号的等级 引用误差 对于用于瞬时流量指示的流量计误差表示也可使用引用误差，其大允许误差系列应符合表1规定，其检定结果的标书中不再给出准确等级，而使用其大允许误差表示，且还应在大允许误差后标注FS，如±0.5%FS。 在一台流量计的一次检定中，应按照准确度等级和引用误差之中的一种给出流量计误差表示方法；对于使用相对示值误差和引用误差组合表示误差的流量计，一次检定中也应统一使用一种方法表示其误差。 重复性 流量计的重复性不得超过相应准确度等级规定的大允许误差值的1/3。 测量范围 电磁流量计测量范围度大，通常为20：1~50：1，可选流量范围宽；电磁流量计的口径范围比其它品种流量仪表宽，从几毫米到3米；可测量正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多；仪表输出本质上是线性的；易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体等优点。由于电磁流量计测量含有悬浮固体或污脏体的机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。　若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。[1] 主要产品 智能电磁流量计采用带背光宽温点阵型液晶显示器，所有显示都是中文，功能多而实用，特别方便使用者操作，减少不必要的麻烦和错误。 交货快，成本低，维修方便。 电磁流量计如何抗干扰？ 在测量纸浆/矿浆等大干扰信号应用时，选用8707高信号流量管，可以提高信号强度 智能电磁流量计AFLD是采用全智能化原理设计的，与原来国内一些企业生产的老式或假式智能化的电磁流量计在计量精度，功能，可靠性以及使用寿命上有非常大区别。 电磁流量计的使用寿命应该是在10-20年以上，所以我们在设计时就充分考虑厂到这一点，从传感器到转换器的每一个细节我们都非常仔细，从设计，选材，工艺，生产，测试等每一个环节我们都非常讲究，自行设计定制国内目前的与电磁流量计的生产流水线，切实产品的长期质量。 插入式电磁流量计由插入式电磁流量传感器(简称传感器）和电磁流量转换器(简称转换器）配套组成(简称流量计)。是用来测量管道内各种导电液体体积流量的仪表。插入式电磁流量计用来测量自来水、钢铁、石油、化工、电力、工业、水利等部门的导电流体流量，亦可测量酸、碱、盐等腐蚀性导电液体。 注意事项 1、精度等级和功能根据测量要求和使用场合选择仪表精度等级，做到经济合算。比如用于贸易结算、产品交接和能源计量的场合，应该选择精度等级高些，如1.0级、0.5级，或者更高等级;用于过程控制的场合，根据控制要求选择不同精度等级;有些仅仅是检测一下过程流量，无需做控制和计量的场合，可以选择精度等级稍低的，如1.5级、2.5级，甚至4.0级，这时可以选用价格低廉的插入式电磁流量计。 2、测量介质流速、仪表量程与口径测量一般的介质时，电磁流量计的满度流量可以在测量介质流速0.5—12m/s范围内选用，范围比较宽。选择仪表规格(口径)不一定与工艺管道相同，应视测量流量范围是否在流速范围内确定，即当管道流速偏低，不能满足流量仪表要求时或者在此流速下测量准确度不能时，需要缩小仪表口径，从而提高管内流速，得到满意测量结果。 3、尽量避开铁磁性物体及具有强电磁场的设备，以免磁场影响传感器的工作磁场和流量信号。 4、应尽量安装在干燥通风之处，避免日晒雨淋，环境温度应在-20～+60℃，相对湿度小于85%。 5、流量计周围应有充裕的空间，便于检测与维修。 日常维护 仅需对仪表作周期性直观检查，检查仪表周围环境，扫除尘垢，确保不进水和其他物质，检查接线是否良好，检查仪表附近有否新装强电磁场设备或有新装电线横跨仪表。若是测量介质容易沾污电极或在测量管壁内沉淀、结垢、应定期作清垢、清洗。 故障查找 流量计开始投运或正常投运一段时间后发现仪表工作不正常，应检查流量计外部情况，如电源是否良好、管道是否泄露或处于非满管状态、管道内是否有气泡、信号电缆是否损坏、转换器输出信号（即后位仪表输入回路）是否开路。切记盲目拆修流量计。 传感器检查 测试设备：500MΩ绝缘电阻测试仪一台，万用表一只。 测试步骤： （1）在管道充满介质的情况下，用万用表测量接线端子A、B与C之间的电阻值，A-C、B-C之间的阻值应大至相等。若差异在1倍以上，可能是电极出现渗漏、测量管外壁或接线盒内有冷凝水吸附。 （2）在衬里干燥情况下，用MΩ表测A-C、B-C之间的绝缘电阻（应大于200MΩ）。再用万用表测量端子A、B与测量管内二只电极的电阻（应呈短路连通状态）。若绝缘电阻很小，说明电极渗漏，应将整套流量计返厂维修。若绝缘有所下降但仍有50MΩ以上且步骤（1）的检查结果正常，则可能是测量管外壁受潮，可用热风机对外壳内部进行烘干。 （3）用万用表测量X、Y之间的电阻，若超过200Ω，则励磁线圈及其引出线可能开路或接触不良。拆下端子板检查。 （4）检查X、Y与C之间的绝缘电阻，应在200MΩ以上，若有所下降，用热风对外壳内部进行烘干处理。实际运行时，线圈绝缘性下降将导致测量误差增大、仪表输出信号不稳定。 （5）如判定传感器有故障，请与电磁流量计生产厂家联系，一般现场无法解决，需到厂家维修。 转换器检查 如判定是转换器故障，经检查外部原因没问题的情况下，请与电磁流量计生产厂家联系，厂家一般会采取更换线路板的方式解决。 电极的维护 1.在使用电磁流量计之前，要先用标准的PH值溶液来标定电磁流量计。标定之后在操作之前，大家一定要注意先用蒸馏水把电磁流量计的电极清洗一遍，然后再用测液清洗再一次清洗电极。 2.如果不使用电磁流量计，要取下电磁流量计电极的时候，大家要注意不要让电极的触感器与硬物碰撞了，否则只要是出现损伤都会影响到电极的使用的。 3.使用电磁流量计结束之后，大家要把电磁流量计的电极套给套上，里面少放一些饱和溶液，只要电极的球泡是湿润的就可以了，但是记住不要放在蒸馏水中浸泡。 4.平常要注意电极保持干净，不要让它的两边输出出现了短路的情况，不然的话会使得测量不准确，影响电磁流量计的使用的。 其实，维护电磁流量计电极的方法还有很多，大家在使用过程中要多加注意，不要因为自己一点小小的疏忽造成了电磁流量计日后无法正常使用。 故障分析 1．调试期故障 调试期故障一般出现在仪表安装调试阶段，一经排除，在以后相同条件下不会再出现。常见的调试期故障通常由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。 1.安装方面 通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障，常见的如将传感器安装在易积聚气体的管系高点；或安装在自上而下的垂直管上，可能出现排空；或传感器后无背压，流体直接排入大气而形成测量管内非满管。 1.环境方面 通常主要是管道杂散电流干扰，空间强电磁波干扰，大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好的单接地保护就可获得满意结果，但如遇到强大的杂散电流(如电解车间管道，有时在两电极上感应的交流电势峰值Vpp可高达1V)，尚需采取另外措施和流量传感器与管道绝缘等。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护。 1.流体方面 被测液体中含有均匀分布的微小气泡通常不影响电磁流量计的正常工作，但随着气泡的增大，仪表输出信号会出现波动，若气泡大到足以遮盖整个电极表面时，随着气泡流过电极会使电极回路瞬间断路而使输出信号出现更大的波动。 低频方波励磁的电磁流量计测量固体含量过多浆液时，也将产生浆液噪声，使输出信号产生波动。 测量混合介质时，如果在混合未均匀前就进入流量传感进行测量，也将使输出信号产生波动。 电极材料与被测介质选配不当，也将由于化学作用或极化现象而影响正常测量。应根据仪表选用或有关手册正确选配电极材料。 1.运行期故障 运行期故障是电磁流量计经调试并正常运行一段时期后出现的故障，常见的运行期故障基本由流量传感器内壁附着层、雷电打击和环境条件变化等因素引起。 1.传感器内壁附着层 由于电磁流量计常用来测量脏污流体，运行一段时间后，常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。若附着物为绝缘层，则电极回路将出现断路，仪表不能正常工作；若附着层电导率显著流体电导率，则电极回路将出现短路， 仪表也不能正常工作。所以，应及时清除电磁流量计测量管内的附着结垢层。 1.雷电打击 雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流，使仪表损坏。它主要通过电源线或或者励磁线圈或者传感器与转换器之间的流量信号线等相关途径引入，尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。 1.环境条件变化 在调试期间由于环境条件尚好(例如没有干扰源)，流量计工作正常，此时往往容易疏忽安装条件(例如接地并不怎么良好)。在这种情况下，一旦环境条件变化，运行期间出现新的干扰源(如在流量计附近管道上进行电焊，附近安装上大型变压器等)，就会干扰这个仪表的正常工作，流量计的输出输出信号就会出现波动。 常见故障 典型故障诊断及处理 1.无流量输出。检查电源部分是否存在故障，测试电源电压是否正常；测试保险丝通断；检查传感器箭头是否与流体流向一致，如不一致调换传感器安装方向；检查传感器是否充满流体，如没有充满流体，更换管道或垂直安装。 2.信号越来越小或突然下降。测试两电极间绝缘是否破坏或被短路，两电极间电阻值正常在(70～100)Ω之间；测量管内壁可能沉积污垢，应清洗和擦拭电极，切勿划伤内衬。测量管衬里是否破坏，如破坏应予以更换。 3.零点不稳定，检查介质是否充满测量管及介质中是否存在气泡，如有气泡可在上游加装消气器，如水平安装可改成垂直安装；检查仪表接地是否完好，如不好，应进行三级接地(接地电阻≤100Ω)；检查介质电导率应不小于5μs/cm；检查介质是否淤积于测量管中，清除时注意不要将内衬划伤。 4.流量指示值与实际值不符。检查传感器中的流体是否充满管，有无气泡，如有气泡可在上游加装消气器；检查各接地情况是否良好；检查流量计上游是否有阀，如有，移至下游或使之全开；检查转换器量程设定是否正确，如不对，重新设定正确量程。 5.示值在某一区间波动。检查环境条件是否发生变化，如出现新干扰源及其他影响仪表正常工作的磁源或震动等，应及时清除干扰或将流量计移位；检查测试信号电缆，用绝缘胶带进行端部处理，使导线、内屏蔽层、外屏蔽层、壳体之间不相互接触。 选用电磁流量计测量流量的流体是导电的，因此不导电的气体、蒸汽、油类、丙铜等物质不能选用电磁流量计测量流量。 运行故障 经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障，常见故障原因有：流量传感器内壁附着层，雷电击，环境条件变化。 1、内壁附着层 由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。 2、雷电击 雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流，进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径：电源线，传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析，引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的，其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到，不仅电磁流量计出现故障，控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现任已有若于设计单位队识和探索解决这一问题，如齐鲁石化设计院[1]。 3、环境条件变化 主要原因同上节调试期故障环境方面，只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计，调试期因无厂扰源，仪表运行正常，然而在运行期出现新干扰源（例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊）干扰这个仪表正常运行，出现输出信号大幅度波动。 维护案例 电磁流量计的维护 1、传感器检查 测试设备：500MΩ绝缘电阻测试仪一台，万用表一只。 2、转换器检查 电磁流量计如判定是转换器故障，经检查外部原因没问题的情况下，请与生产厂家联系一般会采取更换线路板的方式解决。 电磁流量计测量低电导率介质之实践 电磁流量计是用来测量电导率大于5μs/cm的导电性的液体介质的体积流量，电磁流量计测量原理主要是依据法拉第电磁感应定律，即当流体通过测量管，将切割磁力线感应出电动势。电动势正比于磁通量密度，测量管内径与平均流速的乘积，电动势（流量信号）由电极检出并通过电缆送至转换器，然而当测量微弱的电导率介质时，电动势就很难被感应出，通过现场实践操作方法，我们特雷默克总结出以下几点供参考： 是要确定被测量介质是否具有电导率； 其次是在电磁流量计安装上要严格按照产品使用说明书进行安装； 再次是在电磁流量计进行调试时将电磁流量计转换器内空管报警这一参数关闭后就可以顺利地检测出电动势。 电磁流量计口径的计算确定方法： 电磁流量计主要用于测量封闭管道内导电性的液体的体积流量，电磁流量计规定流体的小流速不低于0.5m/s，正常在2~4m/s，高不8m/s，因此我们在选择电磁流量计的口径时要充分考虑到在电磁流量计的测量精度下，选择合适的管道尺寸，那么如何确定电磁流量计的口径呢？下面我来简单介绍一下电磁流量计的口径如何确定？ 本人假设现在有500m?的一池水要求在4个小时内用水泵将其排净，怎么来确定要采用多大口径的管道呢？通过上面要求的参数可以确定流量计的流量范围是：500m?除以4小时就是125m?/h。通过流量可以计算管道口径的大概范围，即：πr?×流速（0.5~8m/s）=125m?/h,通过计算知道要抽完125m?/h的水，其口径范围在0.075m~0.2975m即DN80~DN300之间，再考虑到电磁流量计的精度要求，选流速2~4m/s为佳，通过计算其口径在0.105m~0.149m，即DN100~DN150，考虑到投资等各方面因素，本人就可以确定选DN100的较适合。        　　威斯特（上海）传感器仪表有限公司是一家从事电子液压产 品销售及成套 液压系统设计造的高科技企业。公司从业多年，为了缩 短产品交货期 ，备有大量德国EH 、德国HAWE 、德国BURKERT 、德 国贺德克 、德国力士乐、美国威格士、美国MOOG、美国PARKER 等 产品，同时拥有熟悉国内外液压机点产品的人员为您解决进口设 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