学文网【摘要】 电磁流量计由于具有安装和使用较方便、结构和操作简单、测量精度高,测量结果不受外在物理参数影响以及报警功能和故障自诊断等特点,因此,现已广泛地应用于工业、医药等行业。
【关键词】 流量传感器;直流励磁;交流励磁;低频波励磁
一、电磁流量计的基本原理
电磁流量计是一种测量导电液体体积流量的仪表,它是利用法拉第电磁感应定律制成的。我国从五十年代初开始,将电磁流量计实现了工业化应用。近年来,在世界范围内电磁流量计的产量一直处于工业流量仪表产量的重要地位。大体上说,电磁流量计是由流量传感器变送器组成。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。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。其转换原理即法拉第电磁感应定律,也就是导体通过磁场,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,现在大多流量传感器采用低频方波励磁。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。测量管道通过橡胶,特氟隆等不导电的内衬实现与流体和测量电极的电磁隔离。
二、电磁流量计的分类
1.电磁流量计可以分为分体型电磁流量计和一体型电磁流量计。分体型电磁流量计简单地说是一种感应式仪表,是根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量。采用了单片机嵌入式技术实现数字励磁,在电磁流量计上采用CAN现场总线。分体型电磁流量计在满足现场显示的同时,还可以输出四到二十毫安的电流信号用于调节、记录和控制,现广泛地应用于各种工业技术和管理部门。分体型电磁流量计除可测量一般导电液体的流量外,还可测量液固两相流,高粘度液流及盐类、强酸、强碱液体的体积流量。
2.一个均匀恒定的磁场的产生需要选择最为适宜的励磁方式。根据励磁电流的方式划分,主要有直流励磁、交流励磁、低频方波励磁三大类:第一类是直流励磁。它用直流电或采用永久磁铁产生一个恒定的均匀磁场。这种直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小,因而可以忽略液体中的自感现象的影响。但是使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化,即电解质在电场中被电解,产生正负离子,在电场力的作用下,负离子跑向正极,正离子跑向负极,这将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响仪表的正常工作。直流励磁一般只用于测量非电解质液体,如液态金属流量等;第二类是交流励磁。工业上使用的电磁流量计,大多数采用工频五十赫兹电源交流励磁方式产生交变磁场,避免了直流励磁电极表面的极化干扰。用交流励磁会带来正交干扰、同相干扰、零点漂移等一系列的电磁干扰问题。现在交流励磁正在被低频方波励磁所代替;第三类是低频方波励磁。低频方波励磁波形有二值和三值两种,其频率通常为工频的二分之一到三十二分之一。低频方波励磁能避免交流磁场的正交电磁干扰,消除由分布电容引起的工频干扰,抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流,排除直流励磁的极化现象。
三、电磁流量计的优缺点
1.电磁流量计的优点。第一,电磁流量计的传感器结构比较简单,是流量计中运行能耗最低的流量仪表之一。在测量管内没有可动部件和阻碍流体流动的节流部件,当流体通过流量计时不会引起任何附加的压力损失;第二,可测量腐蚀性介质、赃污介质及悬浊性液固两相流的流量。这是由于仪表测量管内部无阻碍流动部件,与被测流体接触的只是测量管内衬和电极,其材料可根据被测流体的性质来选择;第三,电磁流量计是一种体积流量测量仪表,在测量过程中,它不受被测介质的温度、粘度、密度以一定范围的电导率的影响。电磁流量计只需经水标定后,就可用来测量其它导电性液体的流量;第四,电磁流量计的输出只与被测介质的平均流速成正比,与对称分布下的层流或湍流状态无关。电磁流量计的量程范围非常宽可以达到一百比一,高一点可以达到一千比一的可运行流量范围;第五,电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,也可测量正反两个方向的流量。
2.电磁流量计的缺点。:第一,不能用来测量气体、蒸汽以及含有大量气体的液体;第二,不能用来测量电导率很低的液体介质,电磁流量计还不能测量石油制品或有机溶剂等介质;第三,不能用于测量高温介质。目前受到普通工业用电磁流量计测量管内衬材料和电气绝缘材料的限制;第四,电磁流量计容易受到外界电磁干扰的影响。
电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程,中小口径常用于高要求或难测场合。电磁流量计一定要安装在管路的最低点或者管路的垂直段,才能保证电磁流量计的使用和对精度的要求。
参考文献
[1]陶红艳,余洪波.传感器与现代检测技术.清华大学出版社,2009(3)
[2]蔡武昌,应启戛.新型流量检测仪表.化学工业出版社,2006(1)
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