电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第测试中的导电金属棒，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。导电介质流动时，会产生感应电压(工作原理如下图所示)。管道内的两个电极测量感应电压。测量管道通过非导电内衬(橡胶、聚四氟乙烯等)与流体和测量电极电磁隔离。).电磁流量计原理图图1电磁流量计原理图B-磁通密度；d-测量管道的内径；v-流量信号(电动势)；u-液体的平均轴向速度市场上的电磁流量计功能差别很大。它只测量单向流量，只输出模拟信号驱动后面的仪器。多功能仪表包括双向流量测量、量程切换、上下流量报警、空管和电源|调压器切断报警、小信号切断、流量显示和总计算、自动检查和故障自诊断、与上位机通信和运动配置。部分型号仪表的串行数字通信功能可从各种通信接口和ASIC中选择，连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、FF现场总线等。电磁流量计具有一系列优良的特性，可以解决其他流量计不易应用的问题，如脏流量和腐蚀性流量的测量。20世纪七八十年代，电磁流技术有了很大的突破，应用非常广泛。优点：测量通道为光滑的直管，不会堵塞，适用于测量含有固体颗粒的液固两相流体的流量检测所造成的压力损失，如纸浆、泥浆、污水等。节能效果好，测量的体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响；流量范围大，孔径范围宽；可以使用腐蚀性流体。缺点：电导率低的液体不能测量，如石油产品、气体、蒸气和气泡大的液体不能在较高温度下使用。电磁流量计应用广泛，大口径仪表多用于给排水工程；中小口径常用于要求较高或难以测量的场合，如钢铁工业高炉风口冷却水控制，造纸工业纸浆液和黑液的测量，化工工业强腐蚀性液体和有色冶金工业纸浆的测量；小口径和微口径常用于制药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。1.概述？电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的测量导电液体体积流量的仪器。在20世纪50年代早期，电动势在工业上得到应用。近年来，世界范围内的电动势产量约占工业流量计数量的5% ~ 6.5%。自20世纪70年代以来，键控低频矩形波激励方式逐渐取代了早期的工频交流激励方式，仪器性能有了很大提高，得到了广泛应用。2.原理和机理电动势的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线时，在两端产生感应电动势。如图1所示，导电液体在垂直于磁场的非磁性测量管中流动，在垂直于流动方向产生与流速成正比的感应电势。电动势的方向根据“弗莱明右手定则”，其值为E-感应电动势，即下式中的流量信号V；k系数；b——磁感应强度，t；d——测量管内径，m；-平均流量，m/s .设液体的体积流量为，其中k为仪器常数，k=4 KB/ d .电动势由流量传感器和转换器两部分组成。传感器的典型结构如图2所示。励磁线圈安装在测量管的上方和下方，施加励磁电流后，通过测量管产生磁场。安装了一对电极
电动势不产生被检测流量引起的压力损失，仪表的阻力仅为沿同一长度管道的阻力，节能效果显著，最适用于要求阻力损失小的大口径供水管道。实际上，用电动势测得的体积流量受流体密度、粘度、温度、压力、电导率(只要在一定阈值以上)变化的影响并不明显。与大多数其他流量计相比，前直管段的要求较低。电动势测量范围大，通常为20: 1 ~ 50: 1，可选流量范围宽。满值液体流速可在0.5 ~ 10m/s范围内选择，部分型号的仪表可根据现场需要扩大和缩小流量(如有4位电位器设置仪表常数)，无需取下进行离线实流校准。EMF的孔径范围比其他种类的流量计更宽，从几毫米到3米。它可以测量正反向流和脉动流，只要脉动频率远低于激励频率。仪器的输出本质上是线性的。容易选择与流体接触的部件的材料种类，其可应用于腐蚀性流体。4、漏点电动势无法测量低电导率的液体，如石油产品和有机溶剂。不能测量气泡多的气体、蒸汽、液体。由于衬里材料和电绝缘材料的限制，通用电动势不能用于温度较高的液体；某些类型的仪器用于低于室温的液体，测量管外的冷凝(或结霜)会损坏绝缘。5、分类市场上的通用产品和专用仪器可以从不同的角度进行分类。根据励磁电流方式，有DC励磁、交流励磁(工频或其他频率)、低频矩形波励磁和双频矩形波励磁。几种激励模式的波形如图3所示。根据输出信号连接和励磁(或电源)连接，有四线制和两线制。根据转换器和传感器的装配方式，有分离式和集成式。根据流量传感器与管道的连接方式，有法兰连接、法兰夹紧连接、卫生连接和螺纹连接。根据流量传感器的电极是否与被测液体接触，有接触式和非接触式。根据流量传感器的结构，有短管型和插入式。按用途分，有普通型、防爆型、卫生型、防水型、潜水型。6.需要考虑的重点是什么？6.1应用概述EMF的应用非常广泛。大口径仪器广泛应用于给排水工程中。中小口径常用于钢铁行业高炉风口冷却水泄漏的控制和监测，长距离管道煤炭水力输送的流量测量和控制，如造纸行业的纸浆和黑液，有色冶金行业的纸浆，选煤厂的煤浆，化工行业的强腐蚀性液体的测量。小口径和微口径常用于医药行业、食品行业、生物工程等有卫生要求的场所。6.2功能市场上一般EMF的精度水平和性能差别很大，有的精度高，功能多，有的精度低，功能简单。准确度高的仪器基本误差为(0.5% ~ 1%) r，准确度低的仪器基本误差为(1.5% ~ 2.5%) fs，二者价格相差1 ~ 2倍。所以在测量精度不是很高的地方(比如非贸易核算只以控制为目的，只要求可靠性高，重复性好的地方)，选择高精度的仪器是不经济的。有些类型的仪表号称精度更高，基本误差只有(0.2% ~ 0.3%) r，但有严格的安装要求和参考条件，如环境温度20 ~ 22，要求前后直管长度分别大于10天和3天(一般为5天和2天)。甚至建议将流量传感器与前、后直管集成在一起，在流量标准装置上进行真实流量校准
部分型号仪表的串行数字通信功能可从各种通信接口和ASIC中选择，连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF现场总线等。6.3流速、全流量、量程和口径所选仪表的直径不一定与管径相同，而是取决于流量。加工工业输送不同粘度的液体，如水。一般情况下，管道流速经济上为1.5 ~ 3m/s。只要传感器的直径与管道直径相同，就可以在这种管道中使用电动势。满电动势流量时液体流量可在1 ~ 10m/s范围内选择，范围较宽。上限速度原则上不受限制，但通常建议不超过5m/s，除非衬里材料能承受液流的冲刷，实际应用中很少超过7m/s，更少超过10m/s.全流量的下限一般为1米/秒，有些仪表的下限为0.5米/秒.对于新项目初期运行的一些低流量或低流速的管道系统，从测量精度的角度考虑，应将仪表直径改为小于管道直径，并用异径管连接。对于含有易粘附、沉积和结垢物质的流体，流速应不小于2m/s，最好提高到3 ~ 4 m/s或以上，以起到自洁作用，防止粘附和沉积。对于纸浆等磨损性强的流体，一般流速应低于2 ~ 3m/s，以减少对衬里和电极的磨损。当测量接近阈值的低电导率液体时，尽量选择较低的流量(小于0.5 ~ 1m/s)，因为流量增大，流动噪声会增大，输出会抖动。电动势的量程比较大，一般不低于20，有自动量程切换功能的仪器可以超过50 ~ 100。国内现有的上浆产品尺寸从10mm到3000mm不等，但多为中小口径。但是，与大多数其他原理流量计(如容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计或科里奥利质量流量计等)相比，)，大口径的米占了很大比例。企业内近万米中，50mm以下小口径、65 ~ 250 mm中口径、300 ~ 900 mm大口径、1000mm以上超大口径分别占37%、45%、15%、3%。6.4液体电导率使用电动势的前提是被测液体必须具有导电性，且不能低于阈值(即下限值)。当电导率低于阈值时，会造成测量误差，直至无法使用。如果超过阈值，即使有变化也可以测量，指示误差变化不大。视型号而定，一般电动势的阈值在10-4(510-6)s/cm之间。使用时，它还取决于传感器和转换器之间的流量信号线的长度及其分布电容。制造商的说明书通常规定了与电导率相对应的信号线长度。该仪器采用非接触式电容耦合大面积电极，可测量电导率低至510-8S/cm的液体。工业用水及其水溶液的电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐溶液的电导率在10-4 ~ 10-1s/cm之间，使用没有问题，10-5S/cm的低醇蒸馏水也没有问题。如果石油产品和有机溶剂的电导率太低，则不能使用。表1列出了几种液体的电导率。从数据中发现，一些纯液体或水溶液的电导率较低，不能使用。但在实际工作中，会有因为杂质而有利于增加导电性的例子可以使用。对于水溶液，数据中的电导率是在实验室用纯水比测得的，实际的水溶液可能会混入工业用水，会比发现的高，也有利于流量测量。表1某些液体在20时的电导率液体名称电导率石油(3 ~ 5) 10-13丙酮(2 ~ 6) 10-8纯水、高度蒸馏水410-8苯7.610-8液氨1.310-7甲醇(4.4 ~ 7.2) 10-7饮用水10-4海水410-2硫酸(5% ~ 99.4%) (2.1 10-1) ~ (8.5因为制造商的仪器说明书中规定的下限是在各种条件下的最低可测量值
我们多次遇到测量低等级蒸馏水或去离子水，其电导率接近510-6S/cm的阈值，使用时输出抖动。6.5液体中含有混合物的微小气泡混合成泡状流时仍能正常工作，但测量的是气泡体积的混合体积流量；如果气体含量增加形成段塞流，电极可能被气体覆盖，导致电路瞬间断开，输出抖动甚至无法正常工作。含有非铁磁性颗粒或纤维的固液两相流体也可以测量两相的体积流量。钻井泥浆、钻井水泥浆、纸浆等高固体含量的流体实际上是非牛顿流体。因为固体在载液中是一起流动的，两者之间有滑移，存在速度差。用于单相液体校准的仪器在用于固液两相流体时会产生附加误差。虽然固液两相流体中电动势对固体的影响还没有系统的实验报道，但国外有报道称固体含量为14%时误差在3%以内。根据中国黄河水利委员会水利科学研究院的实验报告，在测量高含沙量水的流量时，含沙量体积比为17% ~ 40%(沙粒粒径中值为0.35mm)，仪器测量误差小于3%。浆料中有较大颗粒擦伤电极表面，在低频矩形激励的电动势中会产生尖峰状的浆料噪声，使流量信号不稳定。所以要选择频率高的仪器或者抑制泥浆噪音能力强的仪器，或者商用交流激励或者双频激励的仪器。含有铁磁性物质的流体会对法向电动势产生测量误差，因为测量管中的磁导率随铁磁性物质含量的不同而变化。而磁通检测线圈补偿的电动势安装在磁路中，可以减少铁磁体的影响。上海光华仪器厂在交流励磁仪实验报告中称，水中含有液固重量比约为4: 1、粒度 0.15 mm的铁精矿矿浆，用80mm口径的仪器进行清水和矿浆对比流量试验，通常仪器的示值变化在7% ~ 10%，带磁通检测线圈的仪器示值误差在2% fs以内。对于含有矿石颗粒的矿浆应用，应注意传感器衬里的磨损程度，测量管内径的膨胀会产生附加误差。在这种情况下，应选择耐磨性好的陶瓷衬里或聚氨酯橡胶衬里。同时建议将传感器安装在垂直管道上，使管道均匀磨损，消除水平安装下半部分局部磨损严重的缺点。还可以在传感器的入口端增加一个喷嘴形的护套，从而相对延长使用寿命。6.6在管壁上附着沉淀易附着沉淀的流体时，如果附着了比液体导电率高的导电物质，信号电位会短路而不起作用。如果是非导电层，首先要注意电极的污染，比如选择尖头或半球形的凸出电极、可更换电极、刮刀清洁电极等。刮刀式电极可以定期手动刮掉传感器外部的水垢。国外产品曾经在电极上安装超声波换能器来去除表面水垢，现在已经不多见了。此外，测量电路暂时断开，低电压和高电流在短时间内流过电极，以燃烧和去除附着的油脂层。在容易发生粘连的地方，可以加大流量，达到自清洁的目的，可以采用方便易清洗的管道连接，无需拆卸清洁传感器。如果非接触电极EMF贴在非导电膜上，仪器还能工作，如果是高导膜就不能工作了。6.7与流体接触部件的材料选择与流体接触的传感器部件包括衬里(或绝缘材料制成的测量管)、电极、接地环和密封垫及其corr
氟塑料具有优良的耐化学性，但耐磨性差，不能用于测量矿浆。氟塑料最早的应用是聚四氟乙烯，因为只是压在测量管上，没有粘结力，所以不能用于负压管。后来又开发出各种改性品种实现注塑，与测量管结合力强，可用于负压。聚氨酯橡胶具有优异的耐磨性，但耐酸碱腐蚀性较差。其耐磨性是天然橡胶的10倍，适用于煤浆、纸浆等。介质温度应低于40 ~ 60/70。氧化铝陶瓷具有优异的耐磨性和耐强酸强碱腐蚀性能。耐磨性是聚氨酯橡胶的10倍左右，适用于腐蚀性浆料。但它比较脆，在安装和夹紧过程中由于不小心，可以在较高的温度(120 ~ 140/180)下使用。但要防止温度突变，如蒸汽灭菌，温度突变不宜大于100，升温至150需10分钟。在图4中可以看到一般电动势的几种材料的压力和温度的一般适用范围。(2)电极和接地环材料电极对测量介质的耐腐蚀性是选择材料时首先要考虑的因素，其次是是否会产生钝化、噪声等表面效应。1)选择耐腐蚀材料电动势电极要求有很高的耐腐蚀性。常用的金属材料有含钼耐酸钢Icr18Ni12Mo2Ti、Hastelloy(耐腐蚀镍基合金)B、C、钛、钽、铂铱合金等，几乎可以覆盖所有的化学液体。此外，还有适用于浆料的低噪声电极，如导电橡胶电极、导电氟塑料电极和多孔陶瓷电极，或涂有这些材料的金属电极。原则上，电极材料的选择应由用户参考该介质在其他设备中的应用实践和以往经验来确定。有时候需要后期做必要的实验，比如在现场取液体样本，做实验室要用的材料的腐蚀试验。最好的实验是现场悬挂，这是最接近实际应用条件的，可以得出是否可以应用的比较可靠的结论。2)避免电极表面效应电极的耐腐蚀性能是选择材料的重要因素，但有时电极材料对被测介质有很好的耐腐蚀性能，但不一定是适用的材料，需要避免电极表面效应。电极的表面效应可分为三个方面：表面化学反应、电化学和极化现象、电极的催化作用。化学反应效应，如电极表面与被测介质接触后形成钝化膜或氧化层。它们可能在保护耐腐蚀性方面发挥积极作用，但它们也可能增加表面接触电阻。比如钽遇水就会被氧化，形成绝缘层。关于电极材料的匹配，避免或减少电极表面效应的资料还不够多，只有一些有限的经验，需要在实践中积累。接地环连接在衬有绝缘材料的塑料管或金属管中的流量传感器两端。它们的耐腐蚀要求比电极低，腐蚀充分，要定期更换。通常选择耐酸钢或哈氏合金。由于其尺寸较大，钽和铂等贵金属在经济上的使用较少。如果金属工艺管道与流体直接接触，则不需要接地环。7、安装和使用注意事项7.1一般使用注意事项液体应具有测量所需的电导率，电导率分布一般应均匀。因此，流量传感器的安装应避开容易出现电导率不均匀的地方，如在其上游附近加药液，加液点最好设置在传感器的下游。使用时，传感器测量管必须充满液体(非满管型除外)。混合时，其分布应大致均匀。液体应该与地电位相同，并且必须是gr
1)测量混合相流体时，选择不会引起相分离的地方；测量双组分液体时，避免将其安装在混合不均匀的下游位置；测量化学反应管道时，应安装在反应完全完成段的下游；2)尽可能避免测量管内出现负压；3)选择振动小的地方，特别是对于一体化仪表；4)避开附近大型电机、变压器，避免电磁干扰；5)容易实现传感器单独接地的场所；6)尽量避免周围环境中的高浓度腐蚀性气体；7)环境温度在-25/-10 ~ 50/600范围内，一个建筑结构的温度也是由电子元件控制的，范围更窄；8)环境相对湿度在10% ~ 90%范围内；9)尽可能避免阳光直射；10)避免淋雨，以免被水淹没。如果防护等级为IP67(防尘防水等级)或IP68(防尘防水等级)，则不需要上述8)和10)两个要求。(2)直管长度要求为了获得正常的测量精度，电磁流量传感器的上游应有一定长度的直管，但其长度低于其他大多数流量计。90弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后，一般认为只要直管段距离电极中心线(不是传感器入口端的连接面)5倍直径(5D)，不同开度的阀门需要10D；下游直管段为(2 ~ 3) d或不需要；但是，有必要防止蝶阀延伸到传感器测量管中。各种标准或检定规程提出的上下游直管段长度也不一致。如表2所示，要求比平时高。这是因为为了满足目前0.5级精密仪器的要求。扰流板名称标准或验证法规编号。JIS ISO 6817 ISO 9104 b 7554 ZBN 12007 jjg 198上游弯头、异型管、全开闸阀、胀管10D或厂家指定的异径管可视为直管。不需要各种类型的下游阀门10D 5D 5D 10D如果阀门可以打开使用，应与电极轴线成45角安装，附加误差可以大大减小。(3)流向传感器的安装位置和安装方向可以是水平的、垂直的或倾斜的，没有限制。但最好是垂直测量固液两相流体，自下而上流动。这样可以避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重，低流速时固相析出的缺点。水平安装时，电极轴应平行于地平线，而不是垂直于地平线，因为该位置的电容易被沉积物覆盖，顶部的电容易被液体中偶尔出现的气泡擦拭覆盖电极表面，使输出信号波动。在图5所示的管道系统中，C和D是合适的位置；a、B、E是不合适的位置，液体可能没有充满，气体容易积聚，传感器后管段短，可能没有充满，排放口最好显示为F形。也不适用于固液两相流C. (4)旁通管，便于清洗连接，预置孔。为了在工艺管道继续流动且传感器停止流动时检查和调整零点，应安装旁通管道。但是，由于投资和位置空间的限制，大口径管道往往很难做到。很难根据电极的污染程度来修正测量值，或者确定一个不影响测量值的污染程度判断标准。除了上述之外，一些问题可以通过使用非接触电极或具有刮刀清洁装置电极的仪器来解决。有时，需要清洁内壁上的附件，因此可以在不拆除传感器的情况下现场清洁，如图6所示。对于管径大于1.5~1.6m的管道，在EMF附近的管道上预设孔洞，以便在管道系统停止运行时清洗传感器测量管内壁。(5)安装负压管道系统氟塑料衬里传感器应小心应用于负压管道系统；积极的
分离接地原则上应在传感器侧，转换器接地应在同一接地点。如果传感器安装在有阴极腐蚀保护的管道上，除了将传感器和接地环一起接地外，还应使用一根较粗的铜线(16mm2)绕过传感器跨接管道的两个连接法兰，以隔离传感器之间的阴极保护电流。有时候杂散电流太大。如果电解槽沿电解液的泄漏电流影响电动势的正常测量，可采用流量传感器与其连接的过程之间电气隔离的方法。当阴极保护电流影响阴极保护管道上的电动势测量时，也可以采用这种方法。7.3转换器的安装和连接电缆的集成电动势没有单独安装转换器；分离式转换器安装在传感器附近或仪器室内，选择的场所多，环境条件比传感器好，防护等级为IP65或IP64(防尘防溅)。对安装场地的要求与7.2 (1)节中3)、4)、6)、8)、9)和10)的要求相同。环境温度受电子元件限制，使用温度范围比7)中规定的范围窄。换能器和传感器之间的距离取决于被测介质的电导率和信号电缆的型号，即电缆的分布电容、导体的横截面和屏蔽层数。使用制造商附在仪器上的信号电缆(或指定型号)。当低电导率的液体和传输距离较长时，也规定使用三层屏蔽电缆。通用仪器“使用说明书”给出了不同电导率液体对应的传输距离范围。对于工业用水或酸碱溶液，单层屏蔽电缆通常能传输100米。为避免干扰信号，信号电缆必须单独穿过接地保护钢管，信号电缆和电源线不能安装在同一钢管内。
