電磁(ci)流量計 從40年代(dài)後期開始在滬(hu)工業上應用以(yǐ)來,經過較長一(yi)段時期的實踐(jiàn)和推廣,已爲廣(guang)大用戶認識其(qí)優越性能,例如(rú)無⭕阻流元件和(he)幾乎沒有阻力(li)損失,流場影響(xiang)小和直管段要(yào)求低等。尤其在(zai)測量含有固體(ti)順粒或纖維的(de)液體時,解決了(le)許多過去傳統(tǒng)流量儀表無法(fa)💁測量的問題。經(jīng)過幾代産品的(de)改進,電磁流量(liàng)計的性能日臻(zhēn)完善,近10年銷告(gào)量迅速增加,其(qi)銷售金額名次(ci)在8大類流量儀(yí)表〔差壓式、浮(轉(zhuan))子式、容積式、電(dian)磁式、渦♈輪式、質(zhì)量式、旋渦🌐式,超(chāo)聲波式🏃🏻1中已屬(shǔ)于第三、四位。
一(yī)、生産和應用概(gai)況
　　工業發達國(guo)家由于社會上(shàng)有較多的需要(yao)量,因此都有一(yī)♉定數量(近10~20、30家)的(de)工廠生産電磁(ci)流量計。1983(1984)年間日(ri)本、美國、西歐⭐電(dian)磁流量計銷售(shòu)金額已分别占(zhàn)流量儀表銷售(shòu)總額的16.3%、12.5%、13.5%,其年産(chǎn)量估計爲4~5.5萬台(tái)。伯75年日本電隴(lǒng)流量計社會擁(yōng)有量3.5萬台,到1983年(nian)爲10萬台,8年間擁(yong)有量年平均增(zēng)長14%,按此推算1983年(nián)年産🈚量爲1.2萬台(tai)。從這些數據可(ke)以看到國外電(diàn)磁流量計的生(sheng)産🐅和應用已有(you)較大規模。
二、新(xin)型儀表發展動(dòng)态
　　工業上通用(yong)的電磁流量計(jì)國外發展到現(xiàn)在呈現二種發(fā)展趨勢。一種趨(qū)勢是向普及化(huà)方向發展,即性(xìng)能适中,傳感器(qì)小型輕量并與(yu)轉換器連在一(yi)起,使用簡便,價(jià)格✊相對便宜的(de)普及型儀表,國(guó)外有人聲稱其(qí)綜合價格能與(yǔ)傳統差壓式流(liu)量✉️儀表挑戰(包(bao)括引壓連接管(guan)等安裝費);另一(yī)種趨勢是向精(jing)度高多功能方(fang)向發展的高性(xìng)能儀表。

1.普遍采(cǎi)用低頻矩形波(bo)激磁。70年代後期(qī)國外各制造廠(chǎng)紛紛以低頗(50H,的(de)1/2~1/32)矩形波激磁方(fang)式代替使用近(jin)30年的市電交流(liu)激磁方式,現㊙️在(zài)已很少有市電(diàn)交流激磁的電(dian)磁流量計商品(pǐn)。矩形波激磁克(kè)服了市電交流(liu)激磁的缺點,使(shi)儀表不存在液(ye)體中随機性潤(run)電硫幹擾電勢(shì)。低頻矩形波激(ji)磁的儀表🐆零點(diǎn)穩定,爲提高儀(yí)表精度打下基(jī)礎。交流激磁的(de)儀表安裝在電(dian)極易附着異物(wù)或污染(如排放(fang)污水、紙漿液等(děng))的場所極易帶(dai)來零點和指示(shì)值變化,用低頻(pin)矩形波激磁儀(yi)表後可大爲改(gai)善。
2.高精确度化(hua)。在測量範圍内(nèi)基本誤差國外(wai)從滿量程的l%(即(ji)l%F.S)提高到側量值(zhi)的1%(即l%R),也有按測(cè)量範圍分段提(tí)高到0.5%R,更甚者🐇提(tí)高到0.1%R+0.1%F.S。
　　過去流量(liàng)儀表的瞬時流(liú)量(或稱流量率(lü))的基本誤差一(yi)般以滿量程的(de)百分比計算,在(zài)低流量時如按(àn)實際🔞流量🈲百分(fèn)比計算誤差,其(qí)值就要大得多(duo)。如圖1所示,線A就(jiù)是過去通常采(cai)用l%F.S,轉化到按實(shí)際流量計算的(de)最大允許誤差(chà)曲線時,如指示(shi)流量🌈在50%F.S時,則最(zuì)💁大容許誤差爲(wèi)2%R,在功%.FS時則高達(dá)10%。線B是流量在10%~100%FS時(shi),誤差🙇🏻爲1%R和流量(liàng)<10%F·S時誤差爲0.1%F·S時的(de)最大允許誤’差(cha)曲線。線C是目前(qian)采用得較爲普(pǔ)追的誤差曲線(xian),流量在50%~100%F·S時誤差(cha)爲0.5%R,流量<50%時誤差(chà)爲0.25%F.5。從圖l中可以(yi)看到與過去儀(yi)表相比,低流量(liang)時測量精度顯(xiǎn)著提🔞高。這是由(you)于采用低🥰頻矩(ju)形波磁零點穩(wěn)定性大爲改善(shàn)所緻。

　　表2所列是(shì)滿量程流量的(de)流速李lm/s時,國外(wài)若幹制造🎯廠目(mu)前實現的基本(ben)誤差指标。但在(zai)與外國制造廠(chǎng)商技術座談談(tan)到精🧑🏾‍🤝‍🧑🏼度問題時(shi),有人說雖然某(mǒu)些制💚造廠樣本(ben)發表❌了第5項基(jī)本誤差計算👣方(fāng)法〔土(0.1%R+0.1%F·S)〕,但實際上(shang)還碰到一些麻(ma)煩。
3.功能增加。爲(wèi)滿足用戶不同(tóng)需要,各制造廠(chǎng)在電磁流🔴量🌈計(ji)上增加了許多(duo)功能。尤其在轉(zhuan)拳部分的電路(lù)中普遍采用微(wēi)處🌏理器(拼p)後,在(zài)高性能儀表中(zhōng)則增添了更多(duō)功能。
(1)量程設定(ding)、多量程外部切(qie)換和内部自動(dòng)切換國外新穎(ying)的電磁流量計(jì)都能夠不實流(liú)标定而改變量(liang)👄程。當電磁流量(liàng)傳感器在流量(liang)實流标定裝置(zhì)上以某一流量(liàng)(髻如說在lm/s流速(sù)時的流量)标📐定(dìng)後,求得該傳感(gǎn)器的儀表常數(shu),轉換器即以此(ci)常數設定就可(kě)使用。如要改♻️變(bian)流量範圍,可通(tong)過調整轉換部(bù)分中童程電位(wei)器就可以。高性(xing)能儀表通常用(yong)3~4位十📱進制數字(zi)電位✏️器設定,也(yě)有用🌈分頻方法(fǎ)改變流量範圍(wei),如Korhc1[公司T900F型轉換(huan)器用📐4位數字輪(lun)改變電♈路的分(fèn)孩系數,在規定(ding)的範圍内作任(ren)意值設定。其優(yōu)點是可克服由(yóu)電位器的非線(xiàn)性帶來的誤差(cha),提高🈚擴大或編(bian)小流,範圍的精(jīng)确度。普及型儀(yi)表也有用改變(biàn)端子‼️接線的方(fāng)法,以x2、x4和x8倍數改(gai)變流👌量範圍。高(gao)性能型儀表因(yīn)此也可以由用(yòng)戶自己設定不(bú)同容積單位,如(ru)立方來、升、加侖(lun)😄等,流量單位如(rú)立方米/時、升/分(fèn)、加㊙️侖🐉/分等。

　　流量(liang)大幅度變化的(de)使用場所,如能(néng)按照所側流t大(dà)小改變流🔴量範(fàn)圍(滿量程流量(liang)),可以提高側t精(jing)确度☂️。在許多高(gāo)性能儀表中設(she)有量程切換功(gōng)能。有利用👉外部(bù)觸點信号來切(qiē)換量程的⚽,最多(duo)能切換四個流(liu)量範圍;内‼️部自(zì)動切換有雙量(liàng)程和三量程。圖(tú)2所示是雙量程(cheng)切🈲換例,設流量(liang)範圍0~100m3/h,雙量程所(suǒ)設定低量程爲(wèi)30 m3/h,高量程爲🏃🏻‍♂️100m3/h。當流(liú)量開始從零漸(jian)漸增加,先沿低(dī)🙇🏻量程線上升,當(dang)增加到97%(約29m3/h時,自(zi)動切換到高量(liang)程線。相反流量(liàng)從100 m3/h沿高量🈲程線(xiàn)減小到約24 m3/h (商量(liang)程輸出的24%)時,自(zì)動切換到低量(liàng)程💚線輸出80%的地(dì)方。

　　如以表2第3種(zhong)計算流量24 m3/h的最(zui)大允許誤差,以(yǐ)單一量程方式(shì)🧡(即與高量程線(xiàn),相同)爲0.25 m3/h,以雙量(liàng)程自動切換則(ze)降低到0.12 m3/h。如流量(liang)在15 m3/h時,則最大允(yun)許誤差從0.25 m3/h降低(di)到0.075 m3/h。
(2)正向/反向流(liu)自動切換高性(xìng)能儀表中常設(shè)有能測量正向(xiang)/反向雙向流的(de)流量測量線路(lu),以适應計量有(yǒu)雙向流動的使(shǐ)用場所🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。流量一(yī)輻出如圖3所示(shi),正方向流量設(she)定在較高量程(chéng),反方向流量設(shè)定在較低量程(cheng),切換流量以零(ling)流量爲中心。爲(wèi)防⚽止切換時♍産(chǎn)生振蕩現象(即(ji)切換頻繁),可設(shè)百分之幾的滞(zhì)遲區,例如圖3所(suǒ)示爲愉出信号(hao)的-1.5%,當流量下降(jiàng)到🐅反方向的1.5%時(shí)才向反方向切(qiē)換。積算方式如(rú)圖4所示,有正方(fāng)向流量和反方(fang)向🐕流量分開積(ji)算方式和差流(liú)量積算方式兩(liang)種。

(3)輸出信号多(duō)樣化高性能儀(yí)表信号摘出多(duō)樣:有模拟🏃量翰(han)✍️出,電流4~20mA、電壓l~5V.DC;有(you)頻率可設定的(de)脈沖愉出,頗率(lü)從小于📞l到1000PPS,有上(shang)下限報警愉出(chu);有上文所述正(zhèng)反流量方向接(jie)點和自動⭕多量(liang)程💘接點輸🧑🏽‍🤝‍🧑🏻出等(děng)。有些儀⁉️表除了(le)轉換器摘出信(xìn)号功能外,還直(zhí)接設有4~6位數字(zì)顯示瞬時流量(liang)和積算總量。
(4)自(zi)診斷功能電磁(ci)流量計裝上μP後(hou)還可監測儀表(biao)工作狀态,診斷(duàn)出現的異常狀(zhuàng)态,如愉入信号(hao)異常(測量管中(zhong)空無液體,輸入(ru)信号過大),信号(hào)線或激磁線🌈圈(quān)短路或斷線,誤(wù)設定參數, μP工作(zuò)異常等。
(5)按不同(tóng)使用對象适用(yòng)不同激磁方式(shì)電導率較高的(de)純液相液體一(yī)般采用較低頻(pín)率(市電的l/8~l/32)矩形(xíng)波激磁電流且(qie)是三值(正一零(ling)一負丫零)激磁(ci)方式,以獲得較(jiao)🍓好零點穩定性(xìng)。但是在☁️測量導(dǎo)電率較低(10-4s/cm以下(xia))的液體時,電極(jí)的電化學電位(wei)定期變動,産生(shēng)l/f噪聲(f爲頻率),因(yīn)此要适當提高(gāo)頻率,以改善信(xìn)噪比(S/v)。另😘外,在測(cè)量含♉有固體顆(kē)粒或纖維的漿(jiāng)液時,固相擦過(guo)電極表面,使電(dian)極面的接觸電(dian)位突然變化,物(wu)出信🌈号出現尖(jiān)峰狀噪🔴聲。這種(zhong)異常尖峰噪聲(shēng)雖有采用流量(liàng)值💋與平均值比(bi)較棄舍的流量(liàng)率限制(Ratelim!t)方法👈處(chu)理之`日,,但還是(shì)要适當提高激(jī)磁頻率以改善(shan)性能。低電導率(lǜ)液體和漿液的(de)矩形波激磁頻(pin)率有采用市🐕電(diàn)頻率的1/2,當然這(zhè)樣❗要犧牲一些(xie)零點穩定性👄。因(yīn)此用戶🚶可以按(àn)照不同介質條(tiao)件選用适宜的(de)激磁方式和頻(pin)率的儀表。
4.小型(xing)、輕量和一體型(xíng)。一傳統電磁流(liú)量計通常由傳(chuán)感💘器和🈲轉換器(qì)二部分組成。傳(chuan)感器體型和重(zhòng)量随着原🐕理上(shang)和設計結構上(shang)的改進,一代比(bi)一代小巧。近10年(nian)傳✌️感器兩連接(jie)法🏃🏻‍♂️蘭間長♋度縮(suō)短了l/2~1/3,不帶法蘭(lan)的結構,甚至縮(suō)短到1/10。以25mm口徑傳(chuan)感器爲例,連接(jiē)法蘭😘間長度從(cóng)最早450mm縮短到170mm,發(fa)🍉展到現在無法(fǎ)蘭結構兩端面(miàn)間長度🔴僅80~90mm,甚至(zhì)隻有50餘mm;重量從(cóng)30~40kg下降到18~20kg,而無法(fǎ)👌蘭結構僅🚶‍♀️5~6比。無(wú)法蘭結構适用(yòng)于小口徑傳感(gǎn)器,它利用管道(dao)法蘭直接夾持(chí)住。再看中型口(kou)徑150mm傳感器,長度(dù)也從前不久已(yi)縮短到400mm再縮短(duan)到無法蘭結構(gou)160~200mm,重量也從35~40kg減輕(qīng)到15~20kg。
傳感器大幅(fu)度縮小體型和(hé)減輕重量的主(zhu)要原因是采👌用(yong)了低頻矩形波(bo)激磁後抗幹擾(rǎo)性能提高以及(ji)電子技術的進(jìn)步。因此對可檢(jiǎn)測出的最小流(liu)量信号的幅值(zhí)要求降低,流速(sù)每秒米産生的(de)流量信号從早(zao)期⭐l~1.5mV減小到0.4mv,甚至(zhi)到0.2mv。這樣設計磁(cí)系統時就可⛱️成(cheng)倍降低磁🌍通密(mì)度,從而減小了(le)磁系統尺寸和(hé)激磁線圈,同時(shí)也降低了電功(gong)率🈚消耗。又由于(yú)采用低頻矩形(xing)波激磁,不存在(zài)原市電交流📱激(ji)磁存在的磁路(lu)鐵磁件的渦流(liu)問題,大大簡化(hua)了磁路結構設(she)計,有些磁路結(jié)構就直接利用(yong)傳🔴感器鐵磁性(xing)外殼,不另行設(she)置磁扼回路。
　　電(dian)子技術的高度(dù)集成化,使轉換(huàn)器的外形也大(dà)幅度縮🌈小,同時(shí)有可能使轉換(huan)器和傳感器裝(zhuang)在一起👅,即爲🛀一(yi)體型創造了條(tiao)件。省卻了分率(lü)型傳感器和轉(zhuǎn)換器🧡之間的連(lián)線,簡🔱化了安裝(zhuāng),方便了用戶。
以(yǐ)上這些使電磁(ci)流量計有可能(néng)向輕小簡廉的(de)方向發展,降低(di)成本而成爲一(yi)種普及型儀表(biao)。
5.傳感器型式與(yǔ)應用多樣。前述(shù)功能增加是儀(yí)表整體🐆的功能(néng)增加,均由轉換(huàn)器部分來完成(chéng)。、然而電班流量(liàng)傳感✂️器結♉構型(xing)🌈式也随着不同(tong)應用場所的需(xū)要而多樣化。傳(chuan)統管道連接式(shi)🔆傳感器除了上(shàng)文提到向輕小(xiǎo)方向發展💞的無(wú)法蘭結構型外(wai),還有用于🍓監測(ce)高爐風口冷卻(què)水洩🌍漏的雙管(guan)型傳感器,食品(pǐn)⛷️工業用易清洗(xi)耐經常通蒸汽(qi)消毒要求的衛(wèi)生型傳感器。衛(wèi)⭕生型傳感器的(de)測墾通道♍中應(yīng)無漪留空🥰隙,嚴(yan)格控制側量介(jiè)質的附着和殘(cán)留🔞,因🌐此電極采(cai)用内插式;此外(wai)爲便于拆卸清(qīng)洗,連接法蘭采(cai)用隻需闆動一(yi)次就能卸下的(de)lD(F國際乳農聯合(he)會)标準央✨緊器(qi)。
　　除管道連接傳(chuan)感器外、還有大(da)管徑用插入式(shì)傳感💯器🔞,從📧較小(xiǎo)口徑(50~250mm)圓筒型傳(chuán)感器抽入大管(guan)道中,側量管道(dào)中局部流量來(lái)推算整體流量(liàng),雖然在測且精(jīng)度上要有所下(xià)降,但投✊資費用(yong)有較大的減省(shěng)。插入式傳感器(qi)中還有一種平(píng)面形電磁流量(liang)監控器””,,它☔不是(shì)連續愉出流量(liàng)信号而是設定(ding)在流速0.5~sm/s中任一(yī)流速值,流速超(chāo)🔴過或低于此值(zhí),即發出開關信(xìn)号。
還有适合于(yú)廢污水排放的(de)明渠用潛水式(shi)電磁流💰量傳感(gǎn)器。
6.多種電極表(biǎo)面異物消除裝(zhuāng)置。電磁流量計(ji)雖适用☀️于🔞漿液(yè)和廢污水,然而(er)電極上沉積過(guo)多污物或結垢(gou)還是要影響使(shǐ)用。采用将傳感(gan)器拆下管道清(qīng)洗,對用戶來說(shuō)是很不方便。爲(wèi)此發展帶有定(dìng)期手動或電機(jī)帶動刮闆的電(dian)極,以清除電極(ji)表面沉積物或(huo)結垢層,裝有超(chao)聲波換❓能器的(de)電極,以擊碎電(dian)極表面的結垢(gòu)層;有用兩電極(ji)間💰通低電壓大(da)電流以焚燒積(jī)聚🔴于電極表面(mian)的油脂;有不停(tíng)流外插式可換(huàn)電極等。以上這(zhe)些措施都是爲(wei)了克服應用上(shang)的障礙,以擴🔴大(da)使用場所。
7.性能(neng)優異的陶瓷襯(chèn)裏。過去聚四氟(fu)乙烯塑料是傳(chuán)感器襯裏材料(liào)中耐腐蝕性最(zuì)爲優異的品種(zhong),然而附磨性不(bu)好,而且由🤩于是(shi)貼附在測量管(guan)内壁,不能🎯用于(yú)負🔴壓管道,此外(wài)在🙇‍♀️電極引📱出處(chu)易㊙️産生液體外(wai)漏故障。現在國(guó)外普遍采用可(kě)注塑改性氟塑(su)料,在側量管上(shàng)開雞尾形槽等(děng)以增強注塑附(fù)着性,有些工廠(chang)還在注塑層中(zhōng)嵌進金屬網成(chéng)有孔金屬♉薄闆(pan)🔴進一步增加強(qiang)度。但它們的耐(nài)磨性較差,不适(shì)宜用于礦漿液(ye)。國内外用☎️得較(jiao)普追的聚氨👄酣(hān)橡膠有極❤️好的(de)耐磨🌈性,然而耐(nai)腳蝕性較差,不(bu)适用于濕❓法冶(ye)煉中帶強腐劑(ji)的⭕礦漿液。近年(nián)國外開發🏃🏻‍♂️出一(yi)種具🛀有耐磨性(xìng)和🌍耐腐蝕性都(dōu)非常優異的三(sān)氧化二鋁🔆陶瓷(ci)✔️襯裏,白金電極(jí)燒結在陶瓷襯(chèn)裏内,密封性可(ke)靠。這是目前電(diàn)班流量傳感器(qi)中能耐最嚴酷(kù)條件(腐蝕性、磨(mo)耗性)的襯裏材(cai)料。
三、應用多樣(yang)化
　　現在電磁流(liú)量計除了管道(dào)連接式傳感器(qi)外,已發展了插(chā)入式和潛水式(shi)傳感器,應用領(ling)域已不再局限(xiàn)于封閉管道而(ér)有☂️所擴大,如敞(chang)開非滿管管道(dào)和明渠等。
1.側下(xià)水道排水流量(liang)。2025年12月我國公布(bu)了《水污染防治(zhi)法熟規定污水(shuǐ)排放單位要申(shēn)報排污物的種(zhong)類,數量和濃度(du),這樣就需⁉️要測(cè)量污水排放墾(ken)。蔔水道排水是(shi)利用管道🔱坡度(dù)的自然流,不能(néng)以通常工業用(yòng)封閉管道電磁(ci)流量傳感器安(ān)裝方式應用于(yu)蔔水道。可以采(cǎi)用小于下水道(dao)管徑,按正常最(zui)大排水量🔞選定(dìng)合适口徑的傳(chuan)感器,如圖5所示(shi)安裝在陰井内(nèi)。陰井置有三室(shì),傳感器裝🥰在中(zhong)間一室,位置低(di)于下水道。排水(shuǐ)從進水管了進(jìn)入,水位積聚到(dào)其标高超⛱️過出(chū)水口🥰标高時,水(shui)就排放出🈚去,儀(yí)表就能測量其(qí)💰流量。當遇到暴(bao)雨時,水流來不(bú)及按箭頭A`所示(shi)方向經傳感器(qì)排放,進口室水(shui)🤟位上開,便按箭(jian)頭6所示方❌向經(jīng)洩洪管排出。

2.測(ce)明渠流最。用電(dian)磁流量計測明(míng)渠流量有兩種(zhong)方式,一種是在(zài)📞明渠适當位置(zhi)裝插入式傳感(gǎn)器,測得💋流過傳(chuán)感器的局部流(liu)量👈(折算成流速(sù)),再用液位計測(cè)得随着流量大(dà)小而變的液位(wei)高度,求得流通(tōng)面積,流速乘以(yǐ)面積和一定的(de)系數,即可得🔱明(míng)渠的流量;另一(yī)種是以擋闆等(děng)在明渠中間截(jié)流,在擋闆上🧡裝(zhuāng)潛水式傳感器(qi),摧流通過傳感(gan)器便可測得流(liu)量。兩種方法相(xiang)比,前者的優點(dian)是不會擡高明(míng)渠水位,但要與(yǔ)液位雲十配☁️合(hé)運算比較複雜(zá),後者的優點是(shì)比較簡單的,但(dàn)要擡高擋闆前(qián)明渠液位0.2~0.5m。
四、新(xin)技術動态
　　 導電(diàn)管壁電磁流量(liàng)計 傳統電磁流(liú)量傳感器側量(liàng)管内壁應該是(shì)非導電的❌,防止(zhi)所🚶‍♀️産生的感應(ying)電勢即流量信(xin)号短路,所以金(jīn)屬測量🚶管内🥵壁(bi)都襯以絕緣層(ceng)。
　　通過加上與液(ye)體流速成正比(bǐ)的電流形成一(yi)種管🔞壁電♉位分(fèn)布🚶‍♀️,且使管壁電(diàn)位分布與流體(ti)中的流量感應(yīng)💁電位幾乎一緻(zhi)。這樣,流體與管(guan)壁交界處就無(wu)電流通過,從而(ér)使物出信号與(yǔ)普通流量計的(de)情況相同。

　　圖6(a)所示(shi)是無襯裏電磁(ci)流量計研究模(mo)型的流量檢側(cè)部分;圖6(b)是測量(liàng)原理和電路方(fang)框圖。液體在磁(cí)場B下流㊙️過,在信(xin)号電極産生電(dian)壓VI,伺服放大器(qì)對應于v、通過電(diàn)流電極在側量(liàng)管内流過電流(liu),在管壁内形成(chéng)VZ,其值由電位電(dian)極檢測出來。爲(wei)使V、和VZ平衡,組成(chéng)伺服系統,測出(chū)🈲信号電極間電(dian)壓即流量信号(hào)。模型儀表采用(yong)低頻(50/16Hz)等‼️幅矩形(xing)波電流來激勵(li)磁場,其餘電路(lu)和常規低頻激(jī)磁電磁流量計(ji)的💛電路幾乎相(xiàng)等⭕,包括差分放(fang)大器,采🐅樣定時(shi)直流恒流電源(yuán)等。?

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