浅谈电磁流量计

    电磁流量计有一体型和分体型两种组合形式，输出级皆采取电隔离，可方便地与后位仪表配套，实现对流量的记录、控制和调节等功能。同时，流量计配备RS485通讯接口，可与计算机互联。每套产品均按定货要求的流量用水进行实流标定，通常无需做任何调整即可投入使用。由于其*的优点，目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；各种浆液流量测量，形成了*的应用领域。

    1 电磁流量计的工作原理及组成

    电磁流量计的工作原理为法拉第电磁感应定律。导电液体在磁场中流动切割磁力线，产生感应电势。表达式：E=KBLv，式中，B为磁感应强度；L为测量电极之间的距离；v为被测流体在磁场中运动的平均速度；K为比例常数。

    电磁流量计主要由流量传感器和信号转换器两部分组成。传感器把流过的被测液体的流量转换为相应的感应电势。信号转换器的作用是把电磁流量传感器输出的和流量成比例的毫伏级电压信号放大并转换成为可被工业仪表接收的标准直流电流、电压或脉冲信号输出，以便与仪表及调节器配合，实现流量的指示、记录和运算。

    2 优点

    电磁流量计的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。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*，对于要求低阻力损失的大管径供水管道zui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）变化的影响。与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低。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。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。可测正反双向流量，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。

    3 缺点

    电磁流量计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、蒸气和含有较多较大气泡的液体。通用型电磁流量计由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。

    4 分类

    市场上通用型电磁流量计和特殊型电磁流量计可以从不同角度分类。如按激磁电流方式划分，有直流激磁、交流（工频或其他频率）激磁、低频矩形波激磁和双频矩形波激磁；按输出信号连线和激磁（或电源）连线的制式分类，有四线制和二线制；按转换器与传感器组装方式分类，有分离型和一体型；按流量传感器与管道连接方法分类，有法兰连接、法兰夹装连接、卫生型连接和螺纹连接；按流量传感器电极是否与被测液体接触分类，有接触型和非接触型；按流量传感器结构分类，有短管型和插入型；按用途分类，有通用型、防爆型、卫生型、防侵水型和潜水型等。

    5 流量传感器安装

    5.1 安装场所要求

    通常电磁流量传感器外壳防护等级为IP65（GB4208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；测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；（2）尽可能避免测量管内变成负压；（3）选择震动小的场所，特别对一体型仪表；（4）避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰；（5）易于实现传感器单独接地的场所；（6）尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；（7）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；（8）环境相对湿度在10%～90%范围内；（9）尽可能避免受阳光直照；（10）雨水浸淋，不会被水浸没。如果防护等级是IP67（防尘防浸水级）或IP68（防尘防潜水级），则无需上述（8）、（10）两项要求。

    5.2 直管段长度要求

    为获得正常测量度，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他流量仪表相比要求较低。90°弯头、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，不同开度的阀则需10D；下游直管段为2～3D或无要求；但要防止蝶阀阀片伸入到传感器测量管内。各标准或检定规程所提出上下游直管段长度亦不一致。

    5.3 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。

    5.4 安装旁路管

    为便于在工艺管道继续流动和传感器停止流动时检查和调整零点，应装旁路管。但大管径管系因投资和位置空间限制，往往不易办到。根据电极污染程度来校正测量值，或确定一个不影响测量值的污染程度判断基准是困难的。采用非接触电极或带刮刀清除装置电极的仪表，不卸下传感器就地清除。对于管径＞1.5～1.6m的管系在电磁流量计附近管道上，预置入孔，以便管系停止运行时清洗传感器测量管内壁。

    5.5 负压管系的安装

    氟塑料衬里传感器需谨慎地应用于负压管系；正压管系应防止产生负压，例如液体温度高于室温的管系，关闭传感器上下游截止阀停止运行后，流体冷却收缩会形成负压，应在传感器附近装负压防止阀。

    5.6 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）绕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。有时候杂散电流过大，如电解槽沿着电解液的泄漏电流影响电磁流量计正常测量，则可采取流量传感器与其连接的工艺之间电气隔离的办法。同样有阴极保护的管线上，阴极保护电流影响电磁流量计测量时，也可以采取本方法。

    6  电磁流量计的常见故障

    6.1 调试期故障

    调试期的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。

    6.1.1 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zui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。

    6.1.2 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独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。

    6.1.3 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。

    6.2 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，常见的运行期故障一般由流量传感器内壁附着层、雷电打击以及环境条件变化等因素引起。

    6.2.1 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高于流体电导率，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。

    6.2.2 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励磁线圈或传感器与转换器之间的流量信号线等途径引入，尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。

    6.2.3 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），就会干扰仪表的正常工作，流量计的输出输出信号就会出现波动。

    7 故障检查方法

    7.1 电阻法

    （1）电源保险丝、励磁保险的通断；（2）信号电缆、励磁电缆的通断；（3）励磁线圈的通断及阻值；（4）励磁线圈对地的绝缘电阻；（5）电极对称性测量；（6）电极对地的绝缘电阻；（7）电源变压器的阻值。

    7.2 电流法

    测量输出电流、励磁电流。

    7.3 电压法

    判别工作电源。

    7.4 替代法

    如转换器的互换。

    7.5 模拟信号法

    用模拟信号发生器提供流量信号，以测试流量传感器。

    7.6 波形法

    熟悉线路基础上测试关键点波形。

    8 结束语

    为了延长电磁流量计的使用寿命，保证电磁流量计的正常运行及准确测量，在电磁流量计的安装时应保证有足够的直管段，而且管道出口应上弯成倒U型，确保测量管道液体不留气泡。对电磁流量计内管必须定期做好清洗工作，特别是测量腐蚀性或容易积垢的液体时，更应做好清洗工作。要定期对在线管道上的电磁流量计进行校验，及时修正电磁流量计的测量参数尤为重要，保证仪表供电电压的稳定。