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江苏华云仪表有限公司
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电磁流量计
一、电磁流量计原理与机构
电磁流量计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运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”。电磁流量计由流量传感器和转换器两大部分组成。测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。
二、电磁流量计结构组成和材质选择
结构组成
电磁流量计由传感器、转换器和流量显示仪三部分组成。其中传感器又分为测量管、励磁系统、电极和壳体几个部分。
材质选择
电磁流量计材质的选择主要是对直接和流体介质接触的电极和衬里材质的选择，它直接影响到流量计的精度和使用寿命。电磁流量计工作的基本条件之一是，测量管内壁除电极外，其余地方垂直于介质运动方向的电流应为零。为满足这一条件，通常将导电的金属测量管内壁和法兰端面衬以绝缘衬里，以防止感应信号电压被金属管短路。由此可见根据不同介质选择不同材质的电极和绝缘衬里尤为重要。
电极材质的选择
电极材料 | 耐蚀及耐磨性能 |
不锈钢0Crl8Nil2M02Ti | 用于工业用水、生活用水、污水等具有弱腐蚀性的介质，适用于石油、化工、钢铁等工业部门及市政、环保等领域。 |
哈氏合金B | 对沸点以下的一切浓度的盐酸有良好的耐蚀性，也耐硫酸、磷酸、氢氟酸、有机酸等非氯化性酸、碱，非氧化性盐液的腐蚀。 |
哈氏合金C | 能耐非氧化性酸，如硝酸、混酸、或铬酸与硫酸的混合介质的腐蚀，也耐氧化性盐类或含其他氧化剂的腐蚀，如高于常温的次氯酸盐溶液、海水的腐蚀 |
钛 | 能耐海水、各种氯化物和次氯酸盐、氧化性酸（包括发烟硫酸）、有机酸、碱的腐蚀。不耐较纯的还原性酸（如硫酸、盐酸）的腐蚀，但如酸中含有氧化剂时，则腐蚀大为降低。 |
钽 | 具有优良的耐蚀性和玻璃很相似。除了氢氟酸、发烟硫酸、碱外，几乎能耐——切化学介质（包括沸点的盐酸、硝酸和l 50℃以下的硫酸）的腐蚀。在碱中刁；耐蚀。 |
铂/钛合金 | 几乎能耐—切化学介质，但不适用于王水和铵盐。 |
不锈钢涂覆碳化钨 | 用于无腐蚀性，强磨损性的介质。 |
表（1）
衬里材质的选择
衬里材料 | 主要性能 | 工作温度℃ | 适用范围 |
聚四氟乙烯（F-4） | 是化学性能zui稳定的一种塑料，能耐沸腾的盐酸、硫酸、硝酸和王水，也能耐浓碱和各种有机溶剂。不耐三氟化氯、高温三氟化氯、高流速液氟、液氧、自氧的腐蚀。耐磨性和粘接性差。 | -195～250 | 浓酸、碱、盐之类强腐蚀性介质。高温或低温介质的场合 |
聚三氟乙烯（F-3） | 化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，能耐各种强酸、强碱、强氧化剂，但高温下受碱金属腐蚀。涂层粘着力差，耐磨性差 | -195～190 | 酸、碱、盐之类强腐蚀性介质 |
乙烯与四氟氯乙烯共聚物（FS-40） 乙烯与三氟氯乙烯共聚物（FS-30） | 具有良好的绝缘性能，可耐各种无机酸（王水除外）、碱和盐的腐蚀。具有良好的耐辐射（1X108R）性能 | ≤200 | 含有放射性物质的酸、碱、盐之类强腐蚀性介质 |
耐酸搪瓷 | 除氢氟酸外，能耐一般的酸类和溶剂，不耐100℃浓碱液和大于180℃的热磷酸。抗冲击性能差。 | -30～270 | 酸等强腐蚀性介质 |
聚苯硫醚（PPS） | 耐盐酸、硫酸、草酸、烧碱、纯碱等一般性酸、碱；不耐卤素和氧化性介质的腐蚀。与金属的粘接性较好。 | <250 | 一般酸、碱、盐溶液 |
耐酸橡胶（硬橡胶） | 可耐60℃一下的盐酸、醋酸、草酸、氨水、磷酸及小于50%的硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾。忌强氧化剂。衬里的强度较好。 | -25～70 | 一般酸、碱、盐溶液 |
耐酸橡胶（软橡胶） | 耐腐蚀性能比耐酸橡胶差。材料富有弹性，耐液固两相介质（矿砂、泥浆等）的磨损 | -25～70 | 污水、泥浆、砂浆、矿浆等介质 |
氯丁橡胶 | 有*的弹性，高度的扯断力，耐磨，耐冲击性能好。耐酸、碱、盐等一般介质的腐蚀，不耐氧化性介质的腐蚀 | <100 | 污水、泥浆、矿浆等介质 |
聚氨基甲酸乙酯（聚氨酯橡胶） | 有*的耐磨性能（相当于天然气橡胶的十倍）。耐酸、碱性能比较差一些。 | <70 | 水、污水、泥浆、矿浆及水力输送管道的液固两相介质 |
三、电磁流量计优点
（1） 电磁流量计传感器结构牢固可靠，无可动部件，亦没有阻碍流体流动的节流件，不会堵塞，因此特别适用于带有悬浮物、固体颗粒、纤维等的泥浆、纸浆、矿浆、污水等的测量。
（2） 传感器便于清洗、消毒，在食品、生物制药等工业中用于玉米浆、果酱、糖浆、药浆或血液等特殊介质的测量。
（3） 电磁流量计不受流体组分及密度、粘度、压力、温度、导电率变化等的影响。
（4） 测量范围度大（20:1～40:1），且可任意改变量程。满刻度流速一般在0.5～10m/S内选定。
(５) 电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，而且线性好，因此可以将测量信号直接用转换器线性的转换成标准信号输出。
四、电磁流量计量程范围的确定
一般工业用电磁流量计被测介质流速以2～4m/s为宜，在特殊情况下，zui低流速应不小于0.5m/s，zui高应不大于 10m/s。若介质中含有固体颗粒，常用流速应小于3m/s，防止衬里和电极的过分磨擦；对于粘滞流体，流速可选择大于2m/s，较大的流速有助于自动消除电极上附着的粘滞物的作用，有利于提高测量精度。
在量程Q已确定的条件下，即可根据上述流速V的范围决定流量计口径D的大小，其值由下式计算：
Q=πD2V/4
Q:流量（㎡/h） D:管道内径 V：流速（m/h）
电磁流量计的量程Q应大于预计的zui大流量值，而正常的流量值以稍大于流量计满量程刻度的50%为宜。
五、电磁流量计被测液体电导率
使用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的，不能低于阈值（即下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型EMF的阈值在10-4～（5×10-6）S/cm之间，视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。非接触电容耦合大面积电极的仪表则可测电导率低至5×10-8S/cm的液体。
工业用水及其水溶液的电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐液的电导率在10-4～10-1S/cm之间，使用不存在问题，低度蒸馏水为10-5S/cm也不存在问题。石油制品和有机溶剂电导率过低就不能使用。表1列出若干液体的电导率。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低，认为不能使用，然而实际工作中会遇到因含有杂质而能使用的实例，这类杂质对增加电导率有利。对于水溶液，资料中的电导率是用纯水配比在实验室测得的，实际使用的水溶液可能用工业用水配比，电导率将比查得的要高，也有利于流量测量。
表1 若干液体在20℃时的电导率
液体名称 电导率 | 液体名称 电导率 | 液体名称 电导率 |
石油 （3～5）×10-13 | 液氨 1.3×10-7 | 硫酸（5%～99.4%）（2.1×10-1）～（8.5×10-3） |
六、电磁流量计安装使用注意事项
6.1 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）。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。
6.2 流量传感器安装
（1） 安装场所通常电磁流量传感器外壳防护等极为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，一体形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） 避免雨水浸淋，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。
（2） 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。90º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（2～3）D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*，汇集如表2所示，要求比通常要求高。这是由于为保证达到当前0.5级精度仪表的要求。扰流件名称 标准或检定规程号 ISO 6817 ISO 9104 JIS B7554 ZBN 12007 JJG198 上游 弯管、形管、全开闸阀、渐扩管 10D 或制造厂规定 10D 5D 5D 10D 渐缩管 可视作直管其他各种阀 10D 下游 各类 未提要求 5D 未提要求 2D 2D如阀能开使用时，应按阀截流方向和电极轴成45º角度安装，则附加误差可大为减少。
（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，因为处于地步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5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，排放口如f形状所示。对于固液两相流c处亦是不宜位置。
（4） 旁路管、便于清洗连接和预置入孔
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。除前文所述，采用非接触电极或带刮刀清除装置电极的仪表，可解决一些问题外，有时还需要清除内壁附着物，则可按图6所示，不卸下传感器就地清除。对于管径大于1.5～1.6m的管系在EMF 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） 负压管系的安装
氟塑料衬里传感器须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。有制造厂规定PTFE和PFA塑料衬里应用于负压管系的压力可在200C、1000C、1300C时使用的压力必须分别大于27、40、50KPa。
（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）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。有时后杂散电流过大，如电解槽沿着电解液的泄漏电流影响 EMF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 EMF 测量时，也可以采取本方法。 7.3转换器安装和连接电缆 一体型 EMF无单独安装转换器；分离型转换器安装在传感器附近或仪表室，场所选择余地较大，环境条件比传感器好些，其防护等级是 IP65 或 IP64 （防尘防溅级）。
安装场所的要求与6.2节之（1）中3）、4）、6）、8）、9）、10）各条相同，环境温度受电子件限制，使用温度范围比7）规定所列要窄些。转换器和传感器间距离受制于被测介质电导率和信号电缆型号，即电缆的分布电容、导线截面和屏蔽层数等。要用制造厂随仪表所附（或规定型号）的信号电缆。电导率较低液体和传输距离较长时，也有规定用三层屏蔽电缆。一般仪表“使用说明书”对不同电导率液体给出相应传输距离范围。单层屏蔽电缆用于工业用水或酸碱液通常可传送距离100m。为了避免干扰信号，信号电缆必须单独穿在接地保护钢管内，不能把信号电缆和电源线安装在同一钢管内。
根据使用经验，实际应用的液体电导率要比仪表制造厂规定的阈值至少大一个数量级。因为制造厂仪表规范规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的zui低值。是受到一些使用条件限制，如电导率均匀性、连接信号线、外界噪声等，否则会出现输出晃动现象等。我们就多次遇到测量低度蒸馏水或去离子水，其电导率接近阈值5×10-6S/cm，使用时出现输出晃动。
