LDG電磁流量計技術(shù)參數(shù)

【學(xué)員問題】電磁流量計的分類？

【解答】一、電磁流量計按激磁電流方式分類

（1）、直流激磁

直流激磁電磁流量計用于測量液體金屬流量，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量攝氏500余度的熔融納流量，見到過有應(yīng)用于DN300mm管道儀表的報道。干法效驗流量值，與濕法（實流）效驗相比，精度可達3%.除由電磁鐵值流激磁產(chǎn)生次場外，也有用永久磁鐵磁場的較小口徑傳感器。

本類儀表在我國一般流程工業(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)用于測量電解槽常溫泵流量；有色冶金工業(yè)也曾試用于測量熔鋅液流量，因鋅液在測量管內(nèi)壁結(jié)垢及氧化鋅等原因，未使用成功。

（2）、交流激磁

早期電磁流量計用于50Hz工頻市電激磁，產(chǎn)生正弦波交變磁場；采用交流激磁的理由是為了避免像用直流激磁時電磁表面產(chǎn)生極化現(xiàn)象，但是由于易受市電鎖引起的與流量信號同相應(yīng)各種感應(yīng)噪聲的疊加，形成零點漂移等，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)生與流量信號同相位噪聲，電極污染形成的噪聲和零點漂移；

2）磁回路中鐵損偏移了激磁電流與磁場間相位，使原來在信號回路中變壓器效應(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)強度通常涉及得較高，有較大信號電動勢（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。此外，在測量固液雙相的礦漿等流體時，低頻矩形波激磁方式在固體擦過電極表面產(chǎn)生尖峰的漿液噪聲，會使輸出信號波動，工頻交流激磁的電磁流量計則不存在這一缺點。因此國內(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。

（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，以其功耗小、零點穩(wěn)定，電極污染影響小等優(yōu)點，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”二值者，有“正-零-負-零”三值者，分別如右上圖中b、c所示。三值激磁用無激磁期間的信號改善零點穩(wěn)定性。流量信號在信號電壓基本恒定的區(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設(shè)定。國外也有可由用戶設(shè)定頻率的儀表，例如商業(yè)名為“可編程鍵控儲存（ProgrammableKeyedStorage）電磁流量計”。

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)定磁場短期間直流采用相對于急劇變化的極化電壓，還會產(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。這一現(xiàn)象稱作漿液噪聲，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。

（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，合成后得流量信號，克服了低頻矩形波激磁存在的漿液噪聲和流動噪聲，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1Hz的柱塞泵的流動狀況。

二、電磁流量計按輸出信號連接和激磁（或電源）連線制式分類

（1）、四線制

傳統(tǒng)電磁流量計的輸出信號線和電源線（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)場儀表趨向于輸出信號和電源共用導(dǎo)線的二線制儀表發(fā)展。二線制儀表毋須市電電源，而電磁流量計常裝在無市電供給的偏僻場所，采用二線制可節(jié)省市電布線工程費用。

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

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

1993年日本修訂計量法規(guī)定DN350mm以下貿(mào)易證明用水管儀表的試用品種從傳統(tǒng)旋翼式水表擴展到電磁式水表。今后用作水表的電磁流量計要符合水表標(biāo)準(zhǔn)的要求，測量精度只需2%～5%，但電磁流量計本體必須要帶積算顯示和舍友外接電源。例如愛知時計電機的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、電磁流量計按傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝方式分類

（1）、分體型

分體型是電磁流量計最普遍應(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，信號電纜通常采用雙層屏蔽。測量電導(dǎo)率較低液體而相聚超過30m時，為防止電纜部分電容造成信號衰減，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。分離型轉(zhuǎn)換器可遠離現(xiàn)場惡劣環(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，實際上成為電磁流量變送器。一體型縮短了二者之間信號線和激磁線的連接長度，并使之物外接，隱蔽在儀表內(nèi)部，從而減少信號衰減和空間電磁波噪聲侵入（見右圖）。同樣測量電路與分體型相比可測較低電導(dǎo)率的液體。取消了信號線和激磁線的布線，簡化電氣連接，儀表價格和安裝費用均相對便宜，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所，則維護不便。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的較大限制。

四、電磁流量計按流量傳感器與管道連接方式分類

（1）法蘭連接

法蘭連接時傳統(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電磁流量計的兩法蘭面間長度，國際標(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

夾裝連接時近年發(fā)展的連接方式，傳感器本身無法蘭，以較長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，對于不同壓力規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)管系法蘭孔距適應(yīng)性強；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，與國際制酪聯(lián)合會IDF加持件相連接，實現(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量，螺紋形狀則為梯形。

五、電磁流量計按流量傳感器電極是否與被測液體接觸分類

（1）接觸型電極

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

（2）非接觸型電極

大面積電極緊貼襯里（或絕緣測量管）外表面，以電容耦合方式檢拾流量信號，可測量比接觸型電極的電容檢測方式的電磁流量計簡稱電容式電磁流量計，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100Hz者。本類儀表不會產(chǎn)生電極鈍化、氧化和觸媒作用等電極表面效應(yīng)噪聲，也機會不存在流動噪聲和漿液噪聲。襯里內(nèi)表面覆蓋油脂等非導(dǎo)電層或薄絕緣結(jié)構(gòu)層也不會影響測量；但覆蓋層若為導(dǎo)電膜則儀表將無指示。

國外有些儀表制造廠稱這類儀表為無電極電磁流量計。

六、電磁流量計按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類

（1）短管型

短管型結(jié)構(gòu)即如傳統(tǒng)電磁流量計的結(jié)構(gòu)，流量傳感器帶有測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，從待測管道上開孔中插入，測得的流速與轉(zhuǎn)換器預(yù)置的管道面積等系數(shù)相乘鹽酸求取流量。除單點的“點流速”外，還有側(cè)多點“徑流速”者。

本型儀表適用于大型管道，因為是測量局部流速推算流體流量，測量精度遠低于短管型，通常僅用于過程控制，不適宜應(yīng)用于貿(mào)易核算計量。但是價格相對便宜。應(yīng)用特點還可參閱插入式流量計。

七、電磁流量計按用途分類

（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所較多。

（2）防爆型

防爆型電磁流量計應(yīng)用于有易燃氣氛的場所。由于大部分電磁流量計的幾次電流能量較大，通常設(shè)計成隔爆型、充砂型、澆封型和氣密型等。但是現(xiàn)在有些電磁流量計激磁功率大幅度降低，也有了本質(zhì)安全型即以前所稱安全火花型，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)是無毒無害的。

（4）耐潛水型

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

（5）潛水型

本型儀表用于測量明渠或非滿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，長期浸在水下。用于大流量時刻安裝多臺與傳感器形狀相同的分流模型，以擴大流量。

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

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

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