電磁流量計(Electromagnetic Flowmeters,簡稱EMF)是20世紀50~60年代隨著電子技術的發展而迅速發展起來的新型流量測量儀表. 電磁流量計是應用電磁感應原理, 根據導電流體通過外加磁場時感生的電動勢來測量導電流體流量的一種儀器.
電磁流量計的結構主要由磁路系統、測量導管、電極、外殼、襯里和轉換器等部分組成.
磁路系統:其作用是產生均勻的直流或交流磁場.直流磁路用磁鐵來實現,其優點是結構比較簡單,受交流磁場的干擾較小,但它易使通過測量導管內的電解質液體極化,使正電極被負離子包圍,負電極被正離子包圍,即電極的極化現象,并導致兩電極之間內阻增大,因而嚴重影響儀表正常工作.當管道直徑較大時,磁鐵相應也很大,笨重且不經濟,所以電磁流量計一般采用交變磁場,且是50HZ工頻電源激勵產生的.
測量導管:其作用是讓被測導電性液體通過.為了使磁力線通過測量導管時磁通量被分流或短路,測量導管必須采用不導磁、低導電率、低導熱率和具有一定機械強度的材料制成,可選用不導磁的不銹鋼、玻璃鋼、高強度塑料、鋁等.
電極:其作用是引出和被測量成正比的感應電勢信號.電極一般用非導磁的不銹鋼制成,且被要求與襯里齊平,以便流體通過時不受阻礙.它的安裝位置宜在管道的垂直方向,以防止沉淀物堆積在其上面而影響測量精度.
流量計在規定的流量范圍內準確度等級、大允許誤差應符合表1的規定.流量計誤差表示使用相對示值誤差.
準確度等級和大允許誤差
準確度等級 | () | () | ||
大允許誤差 | ±% | (±%) | (±%) | ±% |
準確度等級 | / | |||
大允許誤差 | ±% | ±% | ±% | / |
注:優先采用不帶括號的等級 |
引用誤差
對于用于瞬時流量指示的流量計誤差表示也可使用引用誤差,其大允許誤差系列應符合表1規定,其檢定結果的標書中不再給出準確等級,而使用其大允許誤差表示,且還應在大允許誤差后標注FS,如±%FS.
在一臺流量計的一次檢定中,應按照準確度等級和引用誤差之中的一種給出流量計誤差表示方法;對于使用相對示值誤差和引用誤差組合表示誤差的流量計,一次檢定中也應統一使用一種方法表示其誤差.
重復性
流量計的重復性不得超過相應準確度等級規定的大允許誤差值的1/3.
測量范圍
電磁流量計測量范圍度大,通常為20:1~50:1,可選流量范圍寬;電磁流量計的口徑范圍比其它品種流量儀表寬,從幾毫米到3米;可測量正反雙向流量,也可測脈動流量,只要脈動頻率低于激磁頻率很多;儀表輸出本質上是線性的;易于選擇與流體接觸件的材料品種,可應用于腐蝕性流體等優點.由于電磁流量計測量含有懸浮固體或污臟體的機會遠比-流量儀表多,出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高. 若附著層電導率與液體電導率相近,儀表還能正常輸出信號,只是改變流通面積,形成測量誤差的隱性故障;若是高電導率附著層,電極間電動勢將被短路;若是絕緣性附著層,電極表面被絕緣而斷開測量電路.后兩種現象均會使儀表無法工作.
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電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計.電磁流量計的優點是壓損極小,可測流量范圍大.大流量與小流量的比值一般為20:1以上,適用的工業管徑范圍寬,大可達3m,輸出信號和被測流量成線性,精確度較高,可測量電導率≥5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量.但它不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量.
當導體在磁場中作切割磁力線運動時,在導體中會產生感應電勢,感應電勢的大小與導體在磁場中的有效長度及導體在磁場中作垂直于磁場方向運動的速度成正比.同理,導電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁感應力線時,也會在管道兩邊的電極上產生感應電勢.感應電勢的方向由右手定則判定,感應電勢的大小由下式確定:
Ex=BDv-----------------式(1)
式中Ex—感應電勢,V;
B—磁感應強度,T
D—管道內徑,m
v—液體的平均流速,m/s
然而體積流量v等于流體的流速v與管道截面積(πD2)/4的乘積,將式(1)代入該式得:
v=(πD/4B)* Ex ---------式(2)
由上式可知,在管道直徑D己定且保持磁感應強度B不變時,被測體積流量與感應電勢呈線性關系.若在管道兩側各插入一根電極,就可引入感應電勢Ex,測量此電勢的大小,就可求得體積流量.
據法拉第電磁感應原理,在與測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極,當導電液體沿測量管軸線運動時,導電液體切割磁力線產生感應電勢,此感應電勢由兩個檢測電極檢出,數值大小與流速成正比例,其值為:
E=.K
式中: E-感應電勢;
K-與磁場分布及軸向長度有關的系數;
B-磁感應強度;
V-導電液體平均流速;
D-電極間距;(測量管內直徑)
傳感器將感應電勢E作為流量信號,傳送到轉換器,經放大,變換濾波等信號處理后,用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量.轉換器有4~20mA輸出,報警輸出及頻率輸出,并設有RS-485等通訊接口,并支持HART和MODBUS協議.
注:不同電磁流量計參數略有差異,使用時請務必查看說明書.
根據法拉第電磁感應定律,在磁感應強度為B的均勻磁場中,垂直于磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道,當導電液體在管道中以流速v流動時,導電流體就切割磁力線.如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極則可以證明,只要管道內流速分布為軸對稱分布,兩電極之間產生感生電動勢:
e=KBDv (3-36)
式中,v為管道截面上的平均流速,k為儀表常數.由此可得管道的體積流量為:
v= πeD/4KB (3-37)
由上式可見,體積流量v與感應電動勢e和測量管內徑D成線性關系,與磁場的磁感應強度B成反比,與其它物理參數無關.這就是電磁流量計的測量原理.
需要說明的是,要使式(3—37)嚴格成立,必須使電磁流量計測量條件滿足下列假定:
①磁場是均勻分布的恒定磁場;
②被測流體的流速軸對稱分布;
③被測液體是非磁性的;
④被測液體的電導率均勻且各向同性.
電磁流量計有兩個運行狀態:自動測量狀態和參數設置狀態.
儀表通電時,自動進入測量狀態.在自動測量狀態下,電磁流量計自動完成各測量功能并顯示相應的測量數據.在參數設置狀態下,用戶使用四個面板鍵,完成儀表參數設置.
1、按鍵功能
自動測量狀態下鍵功能
下鍵:循環選擇屏幕下行顯示內容;
上鍵:循環選擇屏幕上行顯示內容;
復合鍵+確認鍵:進入參數設置狀態;
確認鍵:返回自動測量狀態;
測量狀態下,LCD顯示器對比度的調節:小液晶是通過"復合鍵+上鍵"或"復合鍵+下鍵"按數秒鐘;大液晶是通過調節大液晶背面的電位器來實現.
參數設置狀態下鍵功能
下鍵:光標處數字減1;
上鍵:光標處數字加1;
復合鍵+下鍵:光標左移;
復合鍵+上鍵:光標右移;
確認鍵:進入/退出子菜單;
確認鍵:在任意狀態下,連續按下兩秒鐘,返回自動測量狀態.
注:1.使用"復合鍵"時,應先按下復合鍵再同時按住上"上鍵"或"下鍵"
2.在參數設置狀態下,3分鐘內沒有按鍵操作,儀表自動返回測量狀態.
3.流量零點修正的流向選擇,可將光標移左面的"+"或"—"用"上鍵"或"下鍵"切換使之與實際流向相反.
4.流量的單位選擇,可將光標移"流量量程設置"菜單的原顯示的流量單位下,然后用"上鍵"或"下鍵"切換使之符合需要.
2、參數設置功能鍵操作
要進行電磁流量計參數設定或修改,必須使流量計從測量狀態進入參數設置狀態.在測量狀態下,按"復合鍵+確認鍵"出現狀態轉換密碼(0000),根據保密級別,按廠家提供的密碼對應修改.再按"復合鍵+確認鍵"后,則進入需要的參數設置狀態.
智能型電磁流量計傳感器在工藝管道上的安裝
1.智能型電磁流量計測堵管在任何時刻必須完全注滿介質,不能在不滿管或空管的情況下正常工作.在介質不滿管時,可采用抬高流量計后端出水管高度的方法使介質滿管,避免不滿管及氣體附著在電極上.
2.管道內有真空會損壞流量計的內襯,需特別注意.
3.流動的正方向應與流量計上箭頭所指的正方向一致.
4.智能型電磁流量計即可在直管道上安裝,也可以在水平或傾斜管道上安裝,但要求二電極的中心連線處于水平狀態.
5.對于液、固兩相流體,好采用垂直安裝,使被測介質自上而下流動,可使流量計襯里磨損均勻,延長使用壽命.
6.流量計在管道法蘭附近確保有足夠的空間,以便安裝和維護.
7.若測量管道有振動,在流量計的兩側應有固定的支座.
8.測量介質為重污染液體的,在旁路管道安裝流量計本體,不中斷工藝運行,即可排空與清流.
9.安裝聚四氟乙烯內襯的流量計時,連接法蘭的螺栓應注意均勻擰緊,否則容易壓壞聚四氟乙烯內襯,好用力矩扳手.
