浅谈电磁流量计的原理及应用

摘要：阐述电磁流量计的工作原理，结合实际应用情况，分析电磁流量计的特点与安装使用注意事项。

关键词：电磁流量计；工作原理；特点；注意事项

引言:

电磁流量计已有50多年的应用历史，由于其独特的优点，在全球范围内得到广泛的应用。例如在工业生产中各种酸、碱、盐等腐蚀性介质，各种浆液的流量测量，形成了独特的应用领域。在唐山建龙实业有限公司，电磁流量计用了18台，用于酸洗、循环水、废水、酸再生，主要应用于酸性环境中。

一　工作原理

1.原理。

电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律：导体在磁场内运动，在与磁场方向、运动方向相互垂直，在导体两端会有感应电动势产生。电动势的大小与导体运动速度和磁感应强度大小成正比。

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图1

如图1所示，当导电流体以平均流速 V（m/s）通过内径为 D（m m）且装有一对测量电极的绝缘管道，该管道处于磁感应强度为 B 的均匀磁场中，在电极上就会感应出垂直于磁场方向和流动方向的电动势U，U=BDV （1）

式中，D-管道内径；B-磁感应强度；V-流体在管道中的平均速度

流量的体积流量为：Qv =πD24V （2）

将公式（1）代入上式得： Qv =πD4BU （3） 

由公式3可见，若B为常数，对于固定口径的管道，流量Q与感应电动势U成正比。

2.电磁流量转换器。

电磁流量转换器向电磁流量传感器励磁线圈提供稳定的励磁电流，使B为常数；同时把传感器的感应电动势放大且转换成标准的电流信号或频率信号，便于流量的显示、控制与调节。下图2为转换器结构框图。

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图2

二　电磁流量计的特点

电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合；

电磁流量计所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化明显的影响；

与其他大部分流量仪表相比，它的前置直管段要求较低；

电磁流量计的测量范围度大，通常为20：1～50：1，可选流量范围宽。满度值液体流速可在0.5～10m/s内选定。有些型号仪表可在现场根据需要扩大和缩小流量（例如设有4位数电位器设定仪表常数）不必取下作离线实流标定；

电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m之间；

易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体。

除此之外，电磁流量计也有缺点。比如它不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等；不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体；通用型EMF由于衬里材料和电气绝缘材料的限制，不能用于测量较高温度的液体。 

基于电磁流量计的这些特点，我厂在酸洗工艺段，安装了六台一体型的电磁流量计来测量酸的流量，钽做电极材料和聚四氟乙烯做衬里材料来抵抗酸的侵蚀，它输出4-20mA电流信号到PLC ，然后PLC根据实际需要做相应的处理，如电脑上显示实时流量，高、低报警，还有低低停泵等。

三　安装与使用注意事项

1.使用时应注意的一般事项。

液体应具有测量所需的电导率，并要求电导率分布大体上均匀。因此流量传感器安装要避开容易产生电导率不均匀场所，例如其上游附近加入药液，加液点最好设于传感器下游。使用时传感器测量管必须充满液体（非满管型例外）。液体有混合时，其分布应大体均匀。液体应与地同电位，必须接地。如工艺管道用塑料等绝缘材料时，输送液体产生摩檫静电等原因，造成液体与地间有电位差。

2.安装场所。

通常电磁流量传感器外壳防护等极为IP65（GB 4208规定的防尘防喷水级），对安装场所有以下要求：

①测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；

②选择震动小的场所，特别对一体型仪表；

③避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰；

④易于实现传感器单独接地的场所；

⑤尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；

⑥环境温度在－25/－10～50/600℃范围内，一体型结构温度还受制于电子元器件，范围要窄些；

⑦环境相对湿度在10%～90%范围内；

⑧尽可能避免受阳光直照；

⑨避免雨水浸淋，不会被水浸没。

3.直管段长度要求。

为获得正常测量精确度，电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段，但其长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。90?弯管、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线（不是传感器进口端连接面）5倍直径（5D）长度的直管段。 

4.安装位置和流动方向。

传感器安装方向水平、垂直或倾斜均可，不受限制。但测量固、液两相流体最好垂直安装，自下而上流动。这样能避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重，低流速时固相沉淀等缺点。

水平安装时要使电极轴线平行于地平线，不要处于垂直于地平线，因为处于底部的电极易被沉积物覆盖，顶部电极易被液体中偶存气泡擦过遮住电极表面，使输出信号波动。图3所示管系中，c、d为适宜位置；a、b 、e为不宜位置，b处可能液体不充满，a、e处易积聚气体，且e处传感器后管段短也有可能不充满，排放口最好如f形状所示。对于固、液两相流c处亦是不宜位置。

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图3

5.接地。

传感器必须单独接地（接地电阻100Ω以下）。分离型原则上接地应在传感器一侧，转换器接地应在同一接地点。如传感器装在有阴极腐蚀保护管道上，除了传感器和接地环一起接地外，还要用较粗铜导线（16mm2）饶过传感器跨接管道两连接法兰上，使阴极保护电流于传感器之间隔离。

参考文献

[1]　宋文绪.自动检测技术.高等学校出版社.2004

[2]　盛克仁.过程检测仪表. 化学工业出版社.2001

[3]　梁森.自动检测与转换技术.机械工业出版社.2005