[導讀] 根據電磁流量計的工作原理及特點，介紹了在其選型、安裝中應注意的基本事項。

 

    1 工作原理及特點

 

    當導體橫切磁場移動時，導體中的感應電壓與速度成正比，電磁流量計就是根據這條電磁感應定律求出流速，進而求出流量的。

 

    均勻磁場B下直徑為D由絕緣體組成的管道內通過一流速為v的導電流體時，在垂直于導體運動方向和電磁場方向將產生感應電動勢，感應電動勢的大小為E＝B·D·&UPSilon;   （1）

 

    式中：E—感應電動勢，V；

 

    B—磁感應強度，T；

 

    D—管道直徑，即導體切割磁力線的長度，m；

 

    υ—被測介質在磁場中運動的平均流速，m/s。

 

    體積流量Q與流速υ的關系：

 

       （2）

 

    從方程（1）和（2）中可得到：  （3）

 

    因此，電動勢可表示為：   （4）

 

    由上式可以看出，當磁感應強度B保持不變且管道直徑D已確定時，感應電勢與體積流量具有線性關系，測出感應電勢E，即測出介質的體積流量Q。

 

    電磁流量計由傳感器和轉換器兩部分組成。傳感器主要由內襯絕緣材料的測量管、穿通測量管壁安裝的一對電極、用于產生工作磁場的一對線圈及鐵芯組成。當導電介質流經傳感器測量管時，在垂直于介質流向的一個區間里存在由勵磁線圈及鐵芯產生的穩定磁場。導電流體流經磁場區域時，做切割磁力線運動，在與管道橫截面平行且垂直于磁力線方向的2根電極上就產生了感應電勢。轉換器把這種感應電勢放大并轉換成標準的4～20mA的信號或轉換成脈沖信號。

 

    由于式（4）不包括流體的溫度、壓力、密度、黏度、電導率等物理參數，這些量以及流體的組分等不直接影響測量精度。

 

    由上述原理得知，電磁流量計具有以下特征：（1）只要流體具有一定的導電性，就可以在不受溫度、壓力、密度、黏度等條件影響下測量體積流量；（2）輸出電流與體積成正比，測量量程較寬，量程比一般為10∶1，最高可達100∶1；（3）測量管內無可動部件和阻流體，因而無壓力損失，無機械慣性，響應速度快；（4）可以測量正、反方向流體流量。

 

    2 選型

 

    2.1 流量計類型的選擇

 

    2.1.1 一體型和分體型

 

    一體型和分體型各有優點，選擇的基本原則是：分體型一般應用于有量程范圍選擇、批量控制、長期浸泡在水中等惡劣環境場合，如高、低溫流體、強振動等環境中；一體型在大部分場合都能滿足使用要求。

 

    2.1.2 一般型和防爆型

 

    用戶可根據現場介質及環境的防爆等級決定選擇一般型或防爆型，產品手冊中一般都給出產品工作的防爆等級。

 

    2.2 傳感器的口徑選擇

 

    在滿足測量管內流速為0.3～10m/s的范圍時，通常不建議使用異徑管。選擇流速時應考慮未來增加流量負荷的可能。

 

    測量管的口徑是電磁流量計成本的重要組成部分，對于大口徑的電磁流量計，口徑越大，價格越高。在流速偏低的管系，從測量精度考慮，儀表口徑應小于管徑，用異徑管連接。基于以上考慮，對于流速偏低、工藝參數穩定的情況選用縮徑提高流速，不僅可以提高測量精度，又可以節約成本。

 

    2.3 電極和接地環材料的選擇

 

    電極材料的選擇要根據被測介質的理化性質，包括介質的組分、腐蝕性和磨蝕性等。電極成本是流量計成本的一大部分，選擇合適的電極能得到很好的測量效果，也能減少浪費。NaCl飽和水溶液為中性，選擇不銹鋼SUS316L就能滿足要求，為最經濟的選型；選哈氏合金、鉭電極等也能滿足要求，但成本高得多。當溶液溫度較高時必須選用哈氏合金、鉭等電極。一般情況下，電極材料耐腐蝕性要比管道高一個等級。

 

    接地環的耐腐蝕性要求比電極低，通常選用耐酸鋼或哈氏合金，從經濟角度考慮，較少采用鉭等貴重金屬。

 

    電極及接地環材質的選擇可參考表1。

 

表1 常用金屬材料耐蝕性能表

 

 

 

    2.4 襯里材料的選擇

 

    應根據被測介質種類和工作溫度選擇襯里材料，同時考慮腐蝕性和磨蝕性要求，常見的有PTFE、FEP、PFA、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。氯丁橡膠用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，價格最為低廉，一般用于工業用水、廢污水及弱酸堿；PTFE、FEP、PFA均屬于氟塑料，它們具有良好的耐腐蝕性，適用于強酸堿介質，但耐磨性較差，不能用于礦漿液；聚氨酯橡膠具有極好的耐磨性，但耐腐蝕性和耐高溫性較差，一般適用于礦漿液、介質溫度低于40～60℃的場合；陶瓷具有極好的耐腐蝕性和耐磨性，可用于具有腐蝕性的礦漿，但性脆，安裝夾緊時易碎，也可用于高溫介質，但要防止溫度劇變，一般溫度突變不能大于100℃。各材料之間有著一些相同和相背的特點，有一些場合可通用，另一些場合則不能通用，要根據襯里材料的理化性質選用。

 

    2.5 防護等級的選擇

 

    根據儀表的實際工作條件選用防護等級，若儀表在地面以下處于水淹狀態選IP68；若儀表安裝在地面以上，并且環境不潮濕，則選IP65。

 

    3 安裝

 

    3.1 直管段要求

 

    儀表安裝時要保證有足夠的直管段，一般遵從前5D后3D的原則（D為管道直徑）。安裝時盡可能遠離閥門、彎頭、三通、異徑管等影響流態分布的管段，如不可避免，需把流量計安裝在這些管件的前面，一般要求異徑管、閥門后10D，90°彎頭、三通后5D直管段。

 

    3.2 安裝方向及位置

 

    傳感器垂直安裝最為理想，但要注意流體流向應為下進上出。水平安裝時電極的軸線應水平，如電極的軸線與地面垂直，處于上面的電極易集氣，下面的電極易結垢或被污物覆蓋，影響電極與流體的接觸，造成誤差。安裝位置應選擇在測量導管內任何時候都能充滿液體的地方，以防止由于測量管內沒有液體而顯示不在零點上所引起的誤差。因為閥的節流作用，使管道中的壓力降低，從而產生氣泡。管路設計中，應確保液體不產生氣泡，流量計應盡量安裝在閥的上游。傳感器的周圍不能有較大的干擾電磁場（如大功率電機、變壓器等），以免產生測量誤差。

 

    3.3 接地

 

    電磁流量計測量線路把被測液體電位作為零電位，多數場合被測液體為地電位，轉換器的輸入端中點是通過傳感器輸出信號的接地點與被測流體電氣連通的。另外，電磁流量計傳感器的輸出信號很小，在滿量程時只有2.5～8.0mV，流量很小時，輸出只有幾微伏，外界略有干擾就會影響儀表精度。為保證電磁流量計能夠正常工作及減少電氣干擾，需有良好的接地措施。

 

    電磁流量計接地時，應注意：（1）傳感器的測量管、外殼、屏蔽線以及轉換器、二次儀表均需接地；（2）傳感器、轉換器應單獨接地，絕對不要連在電機、工藝管道上，接地電阻應小于10Ω；（3）傳感器、轉換器的接地在現場，去二次表的屏蔽層接地在控制室一側，切勿多端接地，以免因電位不同而引入干擾；（4）傳感器安裝在金屬管道上，將傳感器的接地導線按制造廠的要求連接在兩側管道法蘭上就可形成可靠地接地回路（見圖1）。儀表的接地點應獨立，不允許與其他電氣設備的接地線連接在一起。

 

 

 

圖1 傳感器在金屬管道上的接地安裝

 

    傳感器安裝在塑料管道或內壁有絕緣涂層、襯里的管道上，兩端應安裝接地環（或帶有接地電極的金屬短管），然后用導線連接，使管內流動的介質與大地短路，具有零電位（見圖2）。

 

 

 

圖2 傳感器在絕緣管道上的接地安裝

 

    3.4 配管

 

    （1）為消除法蘭跳動和斷裂，流量計安裝時應校正管道的不對中或傾斜，以及兩法蘭之間的安裝距離偏差。如果安裝在較長的架空管線上，流量計2法蘭間應有支撐管線的支座，防止管路振動產生應力。

 

    （2）清除管道中焊渣等異物。

 

    3.5 加裝異徑管時應注意的問題

 

    為了在安裝異徑管后對于流態不造成太大的影響，要求異徑管的中心錐角不大于15°，越小越好，這也是實踐中常被忽略的問題。