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你知道為什么家里的水龍頭一打開你家的水表就會(huì)轉(zhuǎn)嗎？這里面其實(shí)是有一個(gè)電磁流量計(jì)的器件在起作用，當(dāng)然具體的產(chǎn)品會(huì)有一些不同，生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)和外觀、計(jì)費(fèi)會(huì)有差別，但是結(jié)構(gòu)和原理是一樣的。電磁流量計(jì)（Electromagnetic Flowmeters，簡稱EMF）簡單說是由流量傳感器變送器組成的。它們廣泛地適用于石油化工、鋼鐵冶金、給水排水、水利灌溉、水處理、環(huán)保污水總量控制、造紙、醫(yī)藥、食品等工、農(nóng)業(yè)部門的生產(chǎn)過程流量測量和控制；并適用于導(dǎo)電液體的總量計(jì)量與貿(mào)易交接。
電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)也便宜，應(yīng)用非常廣泛，工作原理很簡單，其實(shí)就是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理， 根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場時(shí)感生的電動(dòng)勢來測量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。
電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)
電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)主要由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等部分組成。
磁路系統(tǒng)：其作用是產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場。直流磁路用永久磁鐵來實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，受交流磁場的干擾較小，但它易使通過測量導(dǎo)管內(nèi)的電解質(zhì)液體極化，使正電極被負(fù)離子包圍，負(fù)電極被正離子包圍，即電極的極化現(xiàn)象，并導(dǎo)致兩電極之間內(nèi)阻增大，因而嚴(yán)重影響儀表正常工作。當(dāng)管道直徑較大時(shí)，永久磁鐵相應(yīng)也很大，笨重且不經(jīng)濟(jì)，所以電磁流量計(jì)一般采用交變磁場，且是50HZ工頻電源激勵(lì)產(chǎn)生的。
測量導(dǎo)管：其作用是讓被測導(dǎo)電性液體通過。為了使磁力線通過測量導(dǎo)管時(shí)磁通量被分流或短路，測量導(dǎo)管必須采用不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率和具有一定機(jī)械強(qiáng)度的材料制成，可選用不導(dǎo)磁的不銹鋼、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料、鋁等。
電極：其作用是引出和被測量成正比的感應(yīng)電勢信號(hào)。電極一般用非導(dǎo)磁的不銹鋼制成，且被要求與襯里齊平，以便流體通過時(shí)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。
外殼：應(yīng)用鐵磁材料制成，是分配制度勵(lì)磁線圈的外罩，并隔離外磁場的干擾。
襯里：在測量導(dǎo)管的內(nèi)側(cè)及法蘭密封面上，有一層完整的電絕緣襯里。它直接接觸被測液體，其作用是增加測量導(dǎo)管的耐腐蝕性，防止感應(yīng)電勢被金屬測量導(dǎo)管管壁短路。襯里材料多為耐腐蝕、耐高溫、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。
轉(zhuǎn)換器：由液體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢信號(hào)十分微弱，受各種干擾因素的影響很大，轉(zhuǎn)換器的作用就是將感應(yīng)電勢信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并抑制主要的干擾信號(hào)。其任務(wù)是把電極檢測到的感應(yīng)電勢信號(hào)Ex經(jīng)放大轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)。
電磁流量計(jì)工作原理
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測量的流量計(jì)。電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是壓損極小，可測流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為20：1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá)3m，輸出信號(hào)和被測流量成線性，精確度較高，可測量電導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與導(dǎo)體在磁場中的有效長度及導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁場方向運(yùn)動(dòng)的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動(dòng)而切割磁感應(yīng)力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢的大小由下式確定：
Ex=BDv－－－－－－－－－－－－－－－－-式（1）式中Ex—感應(yīng)電勢，V；
B—磁感應(yīng)強(qiáng)度，T
D—管道內(nèi)徑，m
v—液體的平均流速，m/s
然而體積流量qv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：
Qv=（πD/4B）* Ex －－－－－－－－-式（2）
由上式可知，在管道直徑D己定且保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，被測體積流量與感應(yīng)電勢呈線性關(guān)系。若在管道兩側(cè)各插入一根電極，就可引入感應(yīng)電勢Ex，測量此電勢的大小，就可求得體積流量。
據(jù)法拉第電磁感應(yīng)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(dāng)導(dǎo)電液體沿測量管軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此感應(yīng)電勢由兩個(gè)檢測電極檢出，數(shù)值大小與流速成正比例，其值為：
E=B·V·D·K
式中： E－感應(yīng)電勢；
K－與磁場分布及軸向長度有關(guān)的系數(shù)；
B－磁感應(yīng)強(qiáng)度；
V－導(dǎo)電液體平均流速；
D－電極間距；（測量管內(nèi)直徑）
傳感器將感應(yīng)電勢E作為流量信號(hào)，傳送到轉(zhuǎn)換器，經(jīng)放大，變換濾波等信號(hào)處理后，用帶背光的點(diǎn)陣式液晶顯示瞬時(shí)流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器有4~20mA輸出，報(bào)警輸出及頻率輸出，并設(shè)有RS－485等通訊接口，并支持HART和MODBUS協(xié)議。
注：不同電磁流量計(jì)參數(shù)略有差異，使用時(shí)請務(wù)必查看說明書。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速v流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)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(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間產(chǎn)生感生電動(dòng)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(shù)。由此可得管道的體積流量為：
qv= πeD/4KB （3-37）
由上式可見，體積流量qv與感應(yīng)電動(dòng)勢e和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)。這就是電磁流量計(jì)的測量原理。
需要說明的是，要使式（3—37）嚴(yán)格成立，必須使電磁流量計(jì)測量條件滿足下列假定：
?、俅艌鍪蔷鶆蚍植嫉暮愣ù艌?
?、诒粶y流體的流速軸對稱分布;
?、郾粶y液體是非磁性的;
④被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。
電磁流量計(jì)安裝要求
一、 在選擇電磁流量計(jì)時(shí)，管道壁厚、外徑，測量介質(zhì)，測量介質(zhì)的溫度，精度要求，測量介質(zhì)為氣體時(shí)，還需要知道氣體的壓力等，除此之外，還應(yīng)根據(jù)用戶實(shí)際情況和測量需要合理選型。
1、管徑大小
如測量的管徑底于DN15mm以下，最好選擇進(jìn)口超聲波流量計(jì)，目前國產(chǎn)超聲波流量計(jì)對于小管徑測量，達(dá)不到技術(shù)要求。
2、介質(zhì)溫度
當(dāng)測量的介質(zhì)為常溫時(shí)，可選擇國產(chǎn)超聲波流量計(jì)，溫度在120度到200度時(shí)，也應(yīng)選擇進(jìn)口超聲波流量計(jì)，高于200度以上時(shí)，應(yīng)該選擇德國FLEXIM超聲波流量計(jì)，這款超聲波流量計(jì)測量的溫度可達(dá)到550度。
3、精度要求
如用戶對精度要求高時(shí)，側(cè)應(yīng)進(jìn)口超聲波流量計(jì)。
4、氣體超聲波流量計(jì)
如用戶測量的介質(zhì)為氣體或含有少量的水時(shí)，側(cè)需選擇氣體兩用的超聲波流量計(jì)。
5、固定式或手持式超聲波流量計(jì)
如果有足夠的安裝空間，和外接電源，固定式超聲波流量計(jì)比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，而手持式超聲波流量計(jì)便于巡檢、攜帶。
二、電磁流量計(jì)的安裝
1、測量管道比較老舊的工礦，盡量不要使用2聲層（V法）安裝傳感器，應(yīng)選用1聲層（Z法），這樣的安裝方法，對超聲波流量計(jì)的流量傳感器發(fā)出的超聲波，很容易被對測的流量傳感器接收，而超聲波流量計(jì)主機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度得到保證，并能保證高精度的測量值。
2、在測量新管道時(shí)，當(dāng)遇到有油漆或渡鋅管道的時(shí)候，可以用粗紗先處理管道表面，然后再用細(xì)紗繼續(xù)處理，這樣保證超聲波流量計(jì)的流量傳感器安裝點(diǎn)光滑、平整，超聲波流量計(jì)的流量探頭可以良好的與所測量管道外壁接觸。
3、當(dāng)管道是豎直向上的走向時(shí)，如果管道內(nèi)的流體是自下向上流的，可以測量，如果液體是自上而下的流，這個(gè)管道是不適合做流量數(shù)據(jù)采集的。
4、另外在對某管道進(jìn)行流量數(shù)據(jù)采集前，一定要自己去測量管道的外周長（用卷尺）、壁厚（用測厚儀）、管道外壁的溫度（表面溫度測量儀）等。
5、除去安裝段內(nèi)保溫層和保護(hù)層，并把換能器按裝處的壁面打磨干凈。避免局部凹陷，凸出物修平，漆銹層磨凈。
6、對于垂直設(shè)置的管道，若為單聲道傳播時(shí)間法儀表，傳感器的安裝位置應(yīng)盡可能在上游彎管的彎軸平面內(nèi)，以獲得彎管流場畸變后較接近的平均值。
7、超聲波流量計(jì)的傳感器安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫。
8、超聲波流量計(jì)的傳感嘎啦安裝處的管道襯里和垢層不能太厚。襯里、銹層與管壁間不能有間隙。對于銹蝕嚴(yán)重的管道 ，可用手錘震擊管壁，以震掉壁上的銹層，保證聲波正常傳播。但必須注意防止擊出凹坑。
9、傳感器工作面與管壁之間保持有足夠的耦合劑，不能有空氣和固體顆粒，以保證耦合良好。
電磁流量計(jì)的維護(hù)和保養(yǎng)
1、日常維護(hù)
僅需對儀表作周期性直觀檢查，檢查儀表周圍環(huán)境，掃除塵垢，確保不進(jìn)水和其他物質(zhì)，檢查接線是否良好，檢查儀表附近有否新裝強(qiáng)電磁場設(shè)備或有新裝電線橫跨儀表。
若是測量介質(zhì)容易沾污電極或在測量管壁內(nèi)沉淀、結(jié)垢、應(yīng)定期作清垢、清洗。
2、故障查找
流量計(jì)開始投運(yùn)或正常投運(yùn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)儀表工作不正常，應(yīng)首先檢查流量計(jì)外部情況，如電源是否良好、管道是否泄露或處于非滿管狀態(tài)、管道內(nèi)是否有氣泡、信號(hào)電纜是否損壞、轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)（即后位儀表輸入回路）是否開路。切記盲目拆修流量計(jì)。
3、傳感器檢查
測試設(shè)備：500MΩ絕緣電阻測試儀一臺(tái)，萬用表一只。 測試步驟：
（1） 在管道充滿介質(zhì)的情況下，用萬用表測量接線端子A、B與C之間的電阻值，A-C、B-C之間的阻值應(yīng)大至相等。若差異在1倍以上，可能是電極出現(xiàn)滲漏、測量管外壁或接線盒內(nèi)有冷凝水吸附。 （2） 在襯里干燥情況下，用MΩ表測A-C、B-C之間的絕緣電阻（應(yīng)大于200MΩ）。再用萬用表測量端子A、B與測量管內(nèi)二只電極的電阻（應(yīng)呈短路連通狀態(tài)）。若絕緣電阻很小，說明電極滲漏，應(yīng)將整套流量計(jì)返廠維修。若絕緣有所下降但仍有50MΩ以上且步驟（1）的檢查結(jié)果正常，則可能是測量管外壁受潮，可用熱風(fēng)機(jī)對外殼內(nèi)部進(jìn)行烘干。
?。?） 用萬用表測量X、Y之間的電阻，若超過200Ω，則勵(lì)磁線圈及其引出線可能開路或接觸不良。拆下端子板檢查。
?。?） 檢查X、Y與C之間的絕緣電阻，應(yīng)在200MΩ以上，若有所下降，用熱風(fēng)對外殼內(nèi)部進(jìn)行烘干處理。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，線圈絕緣性下降將導(dǎo)致測量誤差增大、儀表輸出信號(hào)不穩(wěn)定。
（5） 如判定傳感器有故障，一般現(xiàn)場無法解決，需到廠家維修，當(dāng)然如果有合適的傳感器可以替換也是可以的。
4、轉(zhuǎn)換器檢查
如判定是轉(zhuǎn)換器故障，經(jīng)檢查外部原因沒問題的情況下，一般會(huì)采取更換線路板的方式解決。
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