LDG電磁流量計(jì)

【學(xué)員問(wèn)題】電磁流量計(jì)的分類(lèi)？

【解答】一、電磁流量計(jì)按激磁電流方式分類(lèi)

（1）、直流激磁

直流激磁電磁流量計(jì)用于測(cè)量液體金屬流量，如常溫下汞和高溫下液態(tài)納、鋰、鉀等。在快中子增殖核反應(yīng)堆一次回路中用于測(cè)量攝氏500余度的熔融納流量，見(jiàn)到過(guò)有應(yīng)用于DN300mm管道儀表的報(bào)道。干法效驗(yàn)流量值，與濕法（實(shí)流）效驗(yàn)相比，精度可達(dá)3%.除由電磁鐵值流激磁產(chǎn)生次場(chǎng)外，也有用永久磁鐵磁場(chǎng)的較小口徑傳感器。

本類(lèi)儀表在我國(guó)一般流程工業(yè)中應(yīng)用還屬探索階段，20世紀(jì)60～70年代曾成功地應(yīng)用于測(cè)量電解槽常溫泵流量；有色冶金工業(yè)也曾試用于測(cè)量熔鋅液流量，因鋅液在測(cè)量管內(nèi)壁結(jié)垢及氧化鋅等原因，未使用成功。

（2）、交流激磁

早期電磁流量計(jì)用于50Hz工頻市電激磁，產(chǎn)生正弦波交變磁場(chǎng)；采用交流激磁的理由是為了避免像用直流激磁時(shí)電磁表面產(chǎn)生極化現(xiàn)象，但是由于易受市電鎖引起的與流量信號(hào)同相應(yīng)各種感應(yīng)噪聲的疊加，形成零點(diǎn)漂移等，現(xiàn)在已漸被低頻矩形波激磁所代替。這些疊加的感應(yīng)噪聲是由以下一些原因產(chǎn)生的。

1）液體中渦電流產(chǎn)生與流量信號(hào)同相位噪聲，電極污染形成的噪聲和零點(diǎn)漂移；

2）磁回路中鐵損偏移了激磁電流與磁場(chǎng)間相位，使原來(lái)在信號(hào)回路中變壓器效應(yīng)所形成的正交（90°）噪聲相移，產(chǎn)生相同噪聲；

3）激磁線圈與信號(hào)線間以及激磁線圈與流體間的靜電感應(yīng)噪聲。

但是交流激磁流量傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度通常涉及得較高，有較大信號(hào)電動(dòng)勢(shì)（約為1mV每1m/s，矩形波激磁僅0.2～0.3mV）和較高信噪比的優(yōu)點(diǎn)。此外，在測(cè)量固液雙相的礦漿等流體時(shí)，低頻矩形波激磁方式在固體擦過(guò)電極表面產(chǎn)生尖峰的漿液噪聲，會(huì)使輸出信號(hào)波動(dòng)，工頻交流激磁的電磁流量計(jì)則不存在這一缺點(diǎn)。因此國(guó)內(nèi)外還有一些儀表制造廠繼續(xù)提供工頻或其他頻率交流激磁的電磁流量計(jì)。

（3）、低頻矩形波激磁

自1975年低頻矩形波激磁方式發(fā)表以來(lái)，以其功耗小、零點(diǎn)穩(wěn)定，電極污染影響小等優(yōu)點(diǎn)，得到很快發(fā)展，成為迄今主要激磁方式。低頻矩形波激磁波形有“正-負(fù)”二值者，有“正-零-負(fù)-零”三值者，分別如右上圖中b、c所示。三值激磁用無(wú)激磁期間的信號(hào)改善零點(diǎn)穩(wěn)定性。流量信號(hào)在信號(hào)電壓基本恒定的區(qū)間采樣取得。激磁頻率為市電的1/32～1/2，常用1/8～1/4之間。小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表用較低頻率，由制造廠按所用傳感器口徑來(lái)設(shè)定。國(guó)外也有可由用戶(hù)設(shè)定頻率的儀表，例如商業(yè)名為“可編程鍵控儲(chǔ)存（ProgrammableKeyedStorage）電磁流量計(jì)”。

矩形波形波交變激磁雖不受慢的極化電壓變化影響，但由于穩(wěn)定磁場(chǎng)短期間直流采用相對(duì)于急劇變化的極化電壓，還會(huì)產(chǎn)生急劇的輸出變化。此外流體中固體顆粒撞擊電極，其表面氧化膜破損，表面電位變化形成尖峰狀噪聲，輸出呈現(xiàn)大幅晃動(dòng)。這一現(xiàn)象稱(chēng)作漿液噪聲，發(fā)生于高濃度漿液或含土沙粒的液體，影響了低頻矩形波電磁流量計(jì)的應(yīng)用。

頻率較高的工頻激磁比低頻矩形波激磁抗?jié){液噪聲性能優(yōu)越的原因；還可以用漿液噪聲頻率特性說(shuō)明之。下圖是紙漿漿液噪聲頻譜一例，低頻段噪聲電平大，高頻段噪聲小，即所謂1/？特性。因此較高頻率激磁噪聲電平低，可獲得較高的S/N比的信號(hào)。

（4）、雙頻激磁

雙頻激磁是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波，如右圖所示的用兩種頻率采樣和低通、高通濾波器，得到高頻和低頻兩種信號(hào)，合成后得流量信號(hào)，克服了低頻矩形波激磁存在的漿液噪聲和流動(dòng)噪聲，提高儀表的穩(wěn)定性和響應(yīng)性?？焖夙憫?yīng)性可反映頻率高達(dá)1Hz的柱塞泵的流動(dòng)狀況。

二、電磁流量計(jì)按輸出信號(hào)連接和激磁（或電源）連線制式分類(lèi)

（1）、四線制

傳統(tǒng)電磁流量計(jì)的輸出信號(hào)線和電源線（或流量傳感器和傳感器間的激磁電流線）分別由2組各2根導(dǎo)線的四線制組成，仍是當(dāng)前的主要制式。

（2）、二線制

當(dāng)前溫度、壓力/差壓、流量和物位等參量現(xiàn)場(chǎng)儀表趨向于輸出信號(hào)和電源共用導(dǎo)線的二線制儀表發(fā)展。二線制儀表毋須市電電源，而電磁流量計(jì)常裝在無(wú)市電供給的偏僻場(chǎng)所，采用二線制可節(jié)省市電布線工程費(fèi)用。

二線制電磁流量計(jì)電源供給的設(shè)計(jì)思路上又分為零信號(hào)輸出電流（即4mA）供給、大于零信號(hào)輸出供給和電池（或太陽(yáng)電池）供給。

電池供電型電磁流量計(jì)和電磁式水表適應(yīng)配置于遠(yuǎn)離城市配水池或郊外污水處理后排放點(diǎn)等市電引入困難的場(chǎng)所。有些型號(hào)儀表電池使用壽命一年，有些則長(zhǎng)達(dá)8～10年。

1993年日本修訂計(jì)量法規(guī)定DN350mm以下貿(mào)易證明用水管儀表的試用品種從傳統(tǒng)旋翼式水表擴(kuò)展到電磁式水表。今后用作水表的電磁流量計(jì)要符合水表標(biāo)準(zhǔn)的要求，測(cè)量精度只需2%～5%，但電磁流量計(jì)本體必須要帶積算顯示和舍友外接電源。例如愛(ài)知時(shí)計(jì)電機(jī)的SU系列電磁式水表消耗功率僅2mW，內(nèi)藏電池可用8年以上。

三、電磁流量計(jì)按傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝方式分類(lèi)

（1）、分體型

分體型是電磁流量計(jì)最普遍應(yīng)用的形式，如右圖所展示的，傳感器接入管道，轉(zhuǎn)換器裝在儀表室或人們易于接近的傳感器附近，相距數(shù)十到數(shù)百米。為防止外界噪聲侵入，信號(hào)電纜通常采用雙層屏蔽。測(cè)量電導(dǎo)率較低液體而相聚超過(guò)30m時(shí)，為防止電纜部分電容造成信號(hào)衰減，內(nèi)層屏蔽也有要求接上與芯線同電位低阻抗源的屏蔽驅(qū)動(dòng)。分離型轉(zhuǎn)換器可遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境，電子部件檢查、調(diào)整和參數(shù)設(shè)定就比較方便。

（2）、一體型

傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起直接輸出直流電流（或頻率）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)際上成為電磁流量變送器。一體型縮短了二者之間信號(hào)線和激磁線的連接長(zhǎng)度，并使之物外接，隱蔽在儀表內(nèi)部，從而減少信號(hào)衰減和空間電磁波噪聲侵入（見(jiàn)右圖）。同樣測(cè)量電路與分體型相比可測(cè)較低電導(dǎo)率的液體。取消了信號(hào)線和激磁線的布線，簡(jiǎn)化電氣連接，儀表價(jià)格和安裝費(fèi)用均相對(duì)便宜，較多采用于小管徑儀表。隨著二線制儀表的商品化發(fā)展，一體型儀表將會(huì)有較快發(fā)展。但如果由于管道布置限制，安裝在不易接近的場(chǎng)所，則維護(hù)不便。此外，轉(zhuǎn)換器電子部件裝于管道上，將受到流體溫度和管部震動(dòng)的較大限制。

四、電磁流量計(jì)按流量傳感器與管道連接方式分類(lèi)

（1）法蘭連接

法蘭連接時(shí)傳統(tǒng)的連接方式，傳感器兩端有連接法蘭，與管道法蘭間用螺栓固定之，可單向安裝。大口徑傳感器都采用本連接方式。體積和重量都比夾裝連接方式大。

DN15～600mm電磁流量計(jì)的兩法蘭面間長(zhǎng)度，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織已制定標(biāo)準(zhǔn)（ISO13359；1998）予以統(tǒng)一。

（2）夾裝連接

夾裝連接時(shí)近年發(fā)展的連接方式，傳感器本身無(wú)法蘭，以較長(zhǎng)的螺栓夾持在管道兩法蘭之間接入管系。本方式傳感器體積小重量輕，對(duì)于不同壓力規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)管系法蘭孔距適應(yīng)性強(qiáng)；但只適用于較小管徑（200mm一下），承受液體工作壓力較低。

（3）衛(wèi)生型連接

右圖中式衛(wèi)生型連接一例，與國(guó)際制酪聯(lián)合會(huì)IDF加持件相連接，實(shí)現(xiàn)快速拆卸和安裝，便于日常頻繁的清洗。

（4）螺紋連接

下圖中式小口徑儀表螺紋連接方式。該類(lèi)儀表較多應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)和藥業(yè)配比注入等場(chǎng)所。螺紋連接還有較多應(yīng)用于石油、地質(zhì)勘探等16～25MPa以上高壓注水或水泥漿液流量測(cè)量，螺紋形狀則為梯形。

五、電磁流量計(jì)按流量傳感器電極是否與被測(cè)液體接觸分類(lèi)

（1）接觸型電極

與液體接觸的電極是EMF的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常為一對(duì)電極，大口徑儀表業(yè)有用兩對(duì)電極。非滿(mǎn)管型EMF也有用3對(duì)電機(jī)或條形電極。

（2）非接觸型電極

大面積電極緊貼襯里（或絕緣測(cè)量管）外表面，以電容耦合方式檢拾流量信號(hào)，可測(cè)量比接觸型電極的電容檢測(cè)方式的電磁流量計(jì)簡(jiǎn)稱(chēng)電容式電磁流量計(jì)，其原理看下圖。前置放大器置于傳感器內(nèi)僅靠電極，激磁頻率比通常EMF高，為50/2Hz，也有超過(guò)100Hz者。本類(lèi)儀表不會(huì)產(chǎn)生電極鈍化、氧化和觸媒作用等電極表面效應(yīng)噪聲，也機(jī)會(huì)不存在流動(dòng)噪聲和漿液噪聲。襯里內(nèi)表面覆蓋油脂等非導(dǎo)電層或薄絕緣結(jié)構(gòu)層也不會(huì)影響測(cè)量；但覆蓋層若為導(dǎo)電膜則儀表將無(wú)指示。

國(guó)外有些儀表制造廠稱(chēng)這類(lèi)儀表為無(wú)電極電磁流量計(jì)。

六、電磁流量計(jì)按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類(lèi)

（1）短管型

短管型結(jié)構(gòu)即如傳統(tǒng)電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)，流量傳感器帶有測(cè)量管段連接到管道系統(tǒng)中。

（2）插入型

插入型流量傳感器實(shí)質(zhì)上是電磁流速傳感器，激磁線圈和電極組裝成桿狀，從待測(cè)管道上開(kāi)孔中插入，測(cè)得的流速與轉(zhuǎn)換器預(yù)置的管道面積等系數(shù)相乘鹽酸求取流量。除單點(diǎn)的“點(diǎn)流速”外，還有側(cè)多點(diǎn)“徑流速”者。

本型儀表適用于大型管道，因?yàn)槭菧y(cè)量局部流速推算流體流量，測(cè)量精度遠(yuǎn)低于短管型，通常僅用于過(guò)程控制，不適宜應(yīng)用于貿(mào)易核算計(jì)量。但是價(jià)格相對(duì)便宜。應(yīng)用特點(diǎn)還可參閱插入式流量計(jì)。

七、電磁流量計(jì)按用途分類(lèi)

（1）通用型

在冶金、石化、造紙、印染、紡織、給水、污水處理等工業(yè)一般較多采用分體型中、大口徑法蘭連接方式；醫(yī)藥、生物、精細(xì)化工等工業(yè)常用微小口徑、小口徑儀表，一體型夾裝連接方式或螺紋連接方式適用場(chǎng)所較多。

（2）防爆型

防爆型電磁流量計(jì)應(yīng)用于有易燃?xì)夥盏膱?chǎng)所。由于大部分電磁流量計(jì)的幾次電流能量較大，通常設(shè)計(jì)成隔爆型、充砂型、澆封型和氣密型等。但是現(xiàn)在有些電磁流量計(jì)激磁功率大幅度降低，也有了本質(zhì)安全型即以前所稱(chēng)安全火花型，流量傳感器部分和轉(zhuǎn)換部分有條件組成一體，全部裝在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)。

（3）衛(wèi)生型

乳酪、食品、醫(yī)藥、生物化學(xué)等工業(yè)要求定時(shí)通蒸汽滅菌，傳感器要便于拆卸清洗，與管道連接部分要求用快速裝卸的衛(wèi)生型規(guī)定的結(jié)構(gòu)，與液體接觸的材質(zhì)應(yīng)是無(wú)毒無(wú)害的。

（4）耐潛水型

本型傳感器應(yīng)用于安裝在地面下的窨井，可承受短時(shí)間水侵沒(méi)，相當(dāng)于外殼防護(hù)等級(jí)IP67或NEMA6；還有相當(dāng)于防護(hù)等級(jí)IP68者，則可承受長(zhǎng)期潛水。

（5）潛水型

本型儀表用于測(cè)量明渠或非滿(mǎn)管暗渠自由水面自然流下的水路流量，如工業(yè)排水和下水等。傳感器裝在明渠截流擋板下部，長(zhǎng)期浸在水下。用于大流量時(shí)刻安裝多臺(tái)與傳感器形狀相同的分流模型，以擴(kuò)大流量。

以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題整理而成，供參考，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。

電磁流量計(jì)無(wú)截流阻流部件，工作壽命長(zhǎng)，不存在壓力損失和流體堵塞現(xiàn)象。無(wú)機(jī)械慣性，響應(yīng)快速，穩(wěn)定性好，可應(yīng)用于自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)節(jié)和程控系統(tǒng)。

測(cè)量精度不受被測(cè)介質(zhì)的種類(lèi)及其溫度、粘度、密度、壓力等物理量參數(shù)的影響。