化工仪表及自动化论文

电磁流量计
【摘要】流量传感器是把流过管道内的导电液体的体积流量转换为线性电信号。

其转换原理就是著名的法拉第电磁感应定律，即导体通过磁场，切割电磁线，产生电动势。

流量传感器的磁场是通过励磁实现的，分直流励磁、交流励磁和低频方波励磁。

电磁流量计简单说是由流量传感器和变送器组成的。

关键词：电磁流量计、原理、特点、流量、参数
一、概述
电磁流量计（Electromagnetic Flowmeter）是由直接接触管道介质的传感器和上端信号转换器两部分构成。

它是基于法拉第电磁感应定律工作的，用来测量电导率大于5μs/cm的导电液体的流量，是一种测量导电介质流量的仪表。

除了可以测量一般导电液体的流量外，还可以用于测量强酸、强碱等强腐蚀性液体和均匀含有液固两相悬浮的液体，如泥浆、矿浆、纸浆等。

电磁流量计特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。

另外我们独家设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。

电磁流量计在满足现场显示的同时，还可以输出4～20mA电流信号供记录、调节和控制用，现已广泛地应用于化工、环保、冶金、医药、造纸、给排水等工业技术和管理部门。

采用电磁感应原理测量介质流体流速的电磁流量计。

它在管道的两侧加一个磁场，被测介质流过管道就切割磁力线，在两个检测电极上产生感应电势，其大小正比于流体的运动速度。

可以用于测量酸、碱、盐溶液、水煤浆、矿浆、砂浆灰泥、纸浆、树脂、橡胶乳、合成纤维浆和感光乳胶等各种悬浮物、气化汽和粘性物质的流量。

电磁流量计密封性能好，还可用于自来水和地下水道系统。

而且测量过程不与流体接触，适于制药、生物化学和食品工业。

这种流量计还可检测血液流量。

它的量程比约为100:1，精度一般为1%，由于这种传感器必须保持管道内电阻和测量电路阻抗之间有一定比例关系，因此在制造上有一定困难。

当被测介质的电导率约为10欧姆·厘米时就开始产生困难，电导率更低时就产生原
理性困难。

当电导率为10欧姆·厘米时，就达到导电介质和电介质之间的“分界线”，热噪声电平随内阻的增大而显著增加。

电磁流量计是高精度、高可靠和使用寿命长的流量仪表，所以在设计产品结构、选材、制定工艺、生产装配和出厂测试等过程中每一个环节我们都非常细致讲究，还自行设计了一套中国最先进的，专用于电磁流量计的生产设备和流量实流标定装置，从而在软件和硬件上都能切实保证产品长期的高质量。

电磁流量计特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。

另外我们独家设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。

二、技术原理
1.工作原理
电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。

在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。

当有导电介质流过时，则会产生感应电压。

管道内部的两个电极测量产生的感应电压。

测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。

2.测量原理
根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B，L，u三者互相垂直，则
e=Blu(3-35)
与此相仿.在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势：
e=BD(3-36)
式中，为管道截面上的平均流速.由此可得管道的体积流量为：
qv=(3-37)
由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关.这就是电磁流量计的测量原理.
需要说明的是，要使式(3—37)严格成立，必须使电磁流量计测量条件满足下列假定：
①磁场是均匀分布的恒定磁场;
②被测流体的流速轴对称分布;
③被测液体是非磁性的;
④被测液体的电导率均匀且各向同性。

三、特点
测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。

测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。

由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。

传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。

LDE转换器采用国际最新最先进的单片机（MCU）和表面贴装技术（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零点稳定，参数设定方便。

点击中文显示LCD，显示累积流量，瞬时流量、流速、流量百分比等。

双向测量系统，可测正向流量、反向流量。

采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。

四、技术参数
仪表精度：管道式0.5级、1.0级；插入式2.5级
测量介质：电导率大于5μS/cm的各种液体和液固两相流体。

流速范围：0.2～8m/s
工作压力：1.6MPa
环境温度：-40℃～+50℃
介质温度：聚四氟乙烯衬里≤180℃
橡胶材质衬里≤65℃
防爆标志：ExmibdⅡBT4
防爆证号：GYB01349
外磁干扰：≤400A/m
外壳防护：一体化型：IP65；
分离型：传感器IP68(水下5米，仅限于橡胶衬里)；转换器IP65
输出信号：4～20mA.DC，负载电阻0～750Ω
通讯输出：RS485或CAN总线
电气连接：M20×1.5内螺纹，φ10电缆孔
电源电压：90～220V.AC、24±10%V.DC
最大功耗：≤10V A
变送器是由励磁电路、信号滤波放大电路、A/D采样电路、微处理器电路、D/A 电路、变送电路等组成。

五、安装时需注意的事项
电磁流量传感器外壳防护等级一般是IP65(国际GB4208外壳防护等级——防尘防碰水级)，其安装场所的选择请安装环境的主要要求是：
（1）传感器应安装在干燥通风的地方，避免潮湿、容易积水受淹的场所，还应尽量避免阳光直射和雨水直接淋浇。

（2）应尽可能避免安装在周围环境温度过高的地方。

一体型结构的电磁流量计还受制于电子元器件环境温度，要低些。

（3）安装传感器的管道上应无较强的漏电流，应尽可能地远离有强电磁场的设备，如大机电、大变压器等，以免引起电磁场干扰；
（4）安装传感器的管道或地面不应有强烈的震动，特别是一体型仪表；
（5）安装传感器的地点要考虑工作人员现场维修的空间。

六、应用领域
由于电磁流量有其独特的优点，因此被广泛应用于化工化纤、食品、造纸、制糖、矿冶、给排水、环保、钢铁、石油、制药等工业领域中，用来测量各种酸、碱、盐溶液、泥浆、矿浆、纸浆、煤水浆、玉米浆、纤维浆、糖浆、石灰、乳、污水、冷却原水、给排水、盐水、双氧水、啤酒、麦汁、各种饮料、黑液等导电流体介质的体积流量。

七、发展
现如今我国多数钢厂是采用国外进口设备与控制系统，但其价格高、维护困难，并且目前我国国产的分析测定仪器设备还不能达到精度要求。

因此，进行我国自主研发、设计、制造自动化控制系统，并提高仪器设备的测量精度和质量，降低维护费用，是我们现阶段以及今后自动化控制系统的主要发展方向。