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關(guān)于電磁流量計(jì)工作原理介紹

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LDE電磁流量計(jì)工作原理是基于法拉*電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計(jì)中,測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉*試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿,上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí),則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個(gè)電*測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯(橡膠,特氟隆等)實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電*的電磁隔離, 如圖所示。
電磁流量計(jì)工作原理示意圖

電磁流量計(jì)優(yōu)勢(shì)

1.傳感器*重要的部件-線圈作*優(yōu)化的設(shè)計(jì),并通過(guò)*嚴(yán)格的實(shí)流試驗(yàn),切實(shí)保證產(chǎn)品的測(cè)量精度
2.信號(hào)電*作徹底的靜電屏蔽處理,保證小信號(hào)不會(huì)受線圈的干擾,保證低流速的測(cè)量精度
3.線圈與外界作隔離處理,保證線圈長(zhǎng)期的絕緣強(qiáng)度,也就保證傳感器的長(zhǎng)期測(cè)量精度
4.傳感器所有的焊接工藝都采用氬弧焊工藝,雖然成本較高,但能保證焊接的可靠性(焊接是傳感器的*主要的生產(chǎn)工藝),特別是安裝線圈后的*后一道焊接工序,用氬弧焊工藝能保證已安裝的線圈不被損傷
5.采用接地電*結(jié)構(gòu),形成一個(gè)平衡電*平面,保證整個(gè)測(cè)量平均速度的過(guò)程都被限制在平衡電*平面之內(nèi)進(jìn)行,能很好的消除電氣噪聲干擾,提供精確的測(cè)量結(jié)果
6.采用定制的雙層屏蔽電纜
7.可編程頻率低頻矩形波勵(lì)磁,提高了流量測(cè)量的穩(wěn)定性,功率損耗低
8.特殊介質(zhì)測(cè)量(如漿液)采用高頻勵(lì)磁,消除雜波干擾
9.采用16位嵌入式微處理器,運(yùn)算速度快,精度高
10.全數(shù)字處理,抗干擾能力強(qiáng),測(cè)量可靠,精度高
11.超低EMI開(kāi)關(guān)電源,適用電源電壓變化范圍大,抗EMC性能好
12.用單塊電路板完成所有功能設(shè)計(jì),采用SMD器件和表面帖裝SMT)技術(shù),電路可靠性高
13.高清晰度背光中文LCD顯示,顯示累積流量、瞬時(shí)流量、流速、流量百分比等
14.菜單操作,使用方便,操作簡(jiǎn)單,易學(xué)易懂
15.雙向測(cè)量系統(tǒng),內(nèi)部具有三個(gè)積算器可分別顯示正向累計(jì)量、反向累計(jì)量及差值積算量
16.具有自檢與自診斷功能,并在屏幕上顯示
17.獨(dú)特的防雷設(shè)計(jì)

電磁流量計(jì)概述

    電磁流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱EMF)是利用法拉*電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用,近年來(lái)**范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%~6.5%。 70年代以來(lái)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)原理與機(jī)構(gòu)

     EMF的基本原理是法拉*電磁感應(yīng)定律,即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示,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),電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來(lái)明右手規(guī)則”,其值如下式 式中 E-----感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),即流量信號(hào),V; k-----系數(shù); B-----磁感應(yīng)強(qiáng)度,T; D----測(cè)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= 4 KB/πD 。 EMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2,測(cè)量管上下裝有激磁線圈,通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管,一對(duì)電*裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸,引出感應(yīng)電勢(shì),送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。
 

電磁流量計(jì)的工作原理

     EMF不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體,如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。 通用型EMF由于襯里材料和電氣絕緣材料限制,不能用于較高溫度的液體;有些型號(hào)儀表用于過(guò)低于室溫的液體,因測(cè)量管外凝露(或霜)而破壞絕緣。

電磁流量計(jì)分類(lèi)

     市場(chǎng)上通用型產(chǎn)品和特殊型儀表可以從不同角度分類(lèi)。 如按激磁電流方式劃分,有直流激磁、交流(工頻或其他頻率)激磁、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波激磁。幾種激磁方式的波形見(jiàn)圖3。 按輸出信號(hào)連線和激磁(或電源)連線的制式分類(lèi),有四線制和二線制。 按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類(lèi),有分離型和一體型。 按流量傳感器與管道連接方法分類(lèi),有法蘭連接、法蘭夾裝連接、衛(wèi)生型連接和螺紋連接。 按流量傳感器電*是否與被測(cè)液體接觸分類(lèi),有接觸型和非接觸型。按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類(lèi),有短管型和插入型。 按用途分類(lèi),有通用型、防爆型、衛(wèi)生型、防侵水型和潛水型等。

電磁流量計(jì)選用考慮要點(diǎn)

1、電磁流量計(jì)應(yīng)用概況
     EMF應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。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。
2、電磁流量計(jì)精度等級(jí)和功能
      市場(chǎng)上通用型EMF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%)R,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(例如非貿(mào)易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。 有些型號(hào)儀表聲稱有更高的精確度,基本誤差僅(±0.2%~±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20~22℃,前后置直管段長(zhǎng)度要求分別大于10D,3D(通常為5D,2D)甚至提出流量傳感器要與前后置直管組成一體在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn),以減少夾裝不善的影響。因此在多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo),要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說(shuō)明書(shū)做綜合分析。 市場(chǎng)上EMF的功能差別也很大,簡(jiǎn)單的就只是測(cè)量單向流量,只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表;多功能儀表有測(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、小信號(hào)切除、流量顯示和總量計(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。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和專用芯片(ASIC),以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。
3、電磁流量計(jì)流速、滿度流量、范圍度和口徑
      選定儀表口徑不一定與管徑相同,應(yīng)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。EMF用在這樣的管道上,傳感器口徑與管徑相同即可。 EMF滿度流量時(shí)液體流速可在1~10m/s范圍內(nèi)選用,范圍是比較寬的。上限流速在原理上是不受限制的,然而通常建議不超過(guò)5m/s,除非襯里材料能承受液流沖刷,實(shí)際應(yīng)用很少超過(guò)7m/s,超過(guò)10m/s則更為罕見(jiàn)。滿度流量的流速下限一般為1m/s,有些型號(hào)儀表則為0.5m/s。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系,從測(cè)量精度角度考慮,儀表口徑應(yīng)改用小于管徑,以異徑管連接之。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*的磨損。 在測(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),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。 EMF的范圍度是比較大的,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。國(guó)內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到3000mm,隨然實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多,但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。某企業(yè)近萬(wàn)臺(tái)儀表中,50mm以下小口徑、65~250mm中口徑、300~900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。
4、電磁流量計(jì)液體電導(dǎo)率
      使用EMF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EMF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。非接觸電容耦合大面積電*的儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5×10-8S/cm的液體。 工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4~10-1S/cm之間,使用不存在問(wèn)題,低度蒸餾水為10-5S/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。表1列出若干液體的電導(dǎo)率。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低,認(rèn)為不能使用,然而實(shí)際工作中會(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,這類(lèi)雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。對(duì)于水溶液,資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的,實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比,電導(dǎo)率將比查得的要高,也有利于流量測(cè)量。
  表1 若干液體在20℃時(shí)的電導(dǎo)率
  液體名稱 電導(dǎo)率
  石油 (3~5)×10-13
  丙酮 (2~6)×10-8
  純水,高度蒸餾水4×10-8
  苯 7.6×10-8
  液氨 1.3×10-7
  甲醇 (4.4~7.2)×10-7
  飲用水 ≈10-4
  海水 ≈4×10-2
  硫酸(5%~99.4%)(2.1×10-1)~(8.5×10-3)
  氨水(4%~30%) (1×10-3)~(2×10-4)
  氫氧化鈉(4%~50%)(1.6×10-1)~(8×10-2)
  食鹽水(2.5%) 2×10-1
  根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn),實(shí)際應(yīng)用的液體電導(dǎo)率*好要比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少大一個(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*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。我們就多次遇到測(cè)量低度蒸餾水或去離子水,其電導(dǎo)率接近閾值5×10-6S/cm,使用時(shí)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。
5、電磁流量計(jì)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*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。含有非鐵磁性顆粒或纖維的固液雙相流體同樣可測(cè)得二相的體積流量。固體含量較高的流體,如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動(dòng),兩者之間有滑動(dòng),速度上有差別,單相液體校驗(yàn)的儀表用于固液雙相流體會(huì)產(chǎn)生附加誤差。雖然還未見(jiàn)到EMF應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告,但國(guó)外有報(bào)告稱固形物含量有14%時(shí)誤差在3%范圍以內(nèi);我國(guó)黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)報(bào)告稱,測(cè)量高沙含量水的流量,含沙量體積比17%~40%(沙中值粒徑0.35mm),儀表測(cè)量誤差小于3%。 在漿液內(nèi)有較大顆粒擦過(guò)電*表面,在頻率較低的矩形激磁的EMF中會(huì)產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲,使流量信號(hào)不穩(wěn),就要選用較高頻率的儀表或有較強(qiáng)抑制漿液噪聲能力的儀表,也可選用市電交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。 含有鐵磁性物質(zhì)的流體對(duì)通常的EMF,因測(cè)量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化,會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。但在磁路中置有磁通檢測(cè)線圈補(bǔ)償?shù)腅MF,可減小混入鐵磁體的影響。上海光華儀表廠在交流激磁儀表的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中稱,水中含有液固重量比約4:1,顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿,以80mm口徑儀表作清水和漿液對(duì)比流量試驗(yàn),通常的儀表示值變化7%~10%,裝有磁通檢測(cè)線圈的儀表,示值誤差在±2%FS以內(nèi)。 對(duì)含有礦石顆粒的礦漿應(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酯橡膠襯里,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。
6、 電磁流量計(jì)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*先應(yīng)注意電*的污染,譬如選用不易附著尖形或半球形突出電*、可更換式電*、刮刀式清垢電*等。刮刀式電*可在傳感器外定期手動(dòng)刮出沉垢。國(guó)外產(chǎn)品曾有電*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*簡(jiǎn)短時(shí)間內(nèi)流過(guò)低壓大電流,焚燒清除附著油脂類(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* EMF附著非導(dǎo)電膜層,儀表仍能工作,但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。
7、電磁流量計(jì)流體接觸零部件材料的選擇
       與流體接觸的傳感器零部件有襯里(或絕緣材料制成的測(cè)量管)、電*、接地環(huán)和密封墊片,其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)流體的適應(yīng)性。由于零部件少,形狀簡(jiǎn)單,材料選擇靈活,電磁流量傳感器對(duì)流體的適應(yīng)性強(qiáng)。

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