1概述
電磁流量計(jì)（簡(jiǎn)稱EMF）是利用法拉第電磁感應(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)，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�。豢蓽y(cè)流量范圍大；適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá)3000mm；輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性，精度較高；可測(cè)量電導(dǎo)率衾5ns/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)紙聚液和黑液、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=kBDn（1）
式中：
E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào)，Ｖ；
k為系數(shù)；
K為磁感應(yīng)強(qiáng)度，Ｔ；
Ｄ為測(cè)量管內(nèi)徑,m；
n為液體平均流速，m/s；
設(shè)：液體體積流量為qn，
2.2電磁流量計(jì)的選型
電磁流量計(jì)是一種在工業(yè)流程中最為常見的流量測(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，最重要的是選型。一臺(tái)不適合測(cè)量工況的電磁流量計(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
電磁流最計(jì)的精度等級(jí)高低不同。精度高的基本誤差為（±0．5％~±2.5％）FS，精度低的則為（±1．5％~±2．5％）ＦＳ。有些型號(hào)電磁流黽計(jì)有更高的精度，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、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。
電磁流量計(jì)測(cè)量功能差別也很大，簡(jiǎn)單的只是測(cè)量單向流量，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、空管喝電源切斷報(bào)警、小流量切除。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。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、滿度流量和口徑
電磁流量計(jì)滿度流量時(shí)液體流速可在1~10m/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)10m/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為1m/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，最好提高到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)量接近閾值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（＜0.5~lm/s），因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)増加，而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。
電磁流鼠計(jì)口徑從10mm~3000mm不等。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)流景范圍結(jié)合選型樣本進(jìn)行確定。通常按流蟥范圍可進(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，不能低于閾值下限值。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極的儀表則可測(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＞10-4S/cm,酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4~10-1S/cm之間，計(jì)量不存在問(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。通常液體電導(dǎo)率宜比流量計(jì)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)量的最低值。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，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。
（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；也有暫時(shí)斷開測(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，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)接觸的測(cè)量管）有氟塑料、聚氨酯橡膠、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)格最為低廉。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。氟塑料中最早應(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，聚氨酯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、礦聚等；介質(zhì)溫度要低于40~60/70℃。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，耐磨性約為聚氨酯橡膠的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（120~140/180℃）但要防止溫度劇變，如通蒸汽滅菌，一般溫度突變不能＞100℃，升溫150℃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)的耐腐是材料首選考慮的因素；其次考慮是否產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。
電極耐腐蝕材料
電磁流量計(jì)電極的耐腐蝕性要求很高，常用金屬材料有含鉬耐酸鋼，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�；瘜W(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。例如鉭與水接觸就會(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)上考慮較少采用鉭、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。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。
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