电磁流量计的优点是压损极小：常问题及解决方法

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大，最大流量与最小流量的比值一般为20∶1以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，准确度较高，可测量电导率不小于1μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆等流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。

1.工作原理

当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电动势，感应电动势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，如图3-74所示，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电动势。感应电动势的方向可用右手定则判定，感应电动势的大小由下式确定：

E_x=BDv （3-93）

式中，E_x为感应电动势（V）；B为磁感应强度（T）；D为管道内径（m）；v为液体的平均流速（m/s）。

图3-74 电磁流量计的测量原理

由于体积流量q_V等于流体的流速v与管道截面积（πD²）/4的乘积

q_V=v（πD²）/4 （3-94）

将式（3-93）代入式（3-94）得

由上式可知，在管道直径D已定且保持磁感应强度B不变时，被测体积流量与感应电动势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极，就可引入感应电动势E_x，测量此电动势的大小，就可求得体积流量。

2.电磁流量计的结构

电磁流量计的结构如图3-75所示，主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。

图3-75 电磁流量计结构

1—外壳 2—磁轭 3—激磁绕组 4—铁心 5—导管 6—电极 7—衬里 8—转换器

（1）磁路系统

磁路系统的作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用永久磁铁来实现，其优点是结构比较简单，受交流磁场的干扰较小，但它易使通过测量导管内的电解质液体极化，使正电极被负离子包围，负电极被正离子包围，即电极的极化现象，并导致两电极之间的内阻增大，从而严重影响仪表正常工作。当管道直径较大时，永久磁铁相应也很大，笨重且不经济。所以电磁流量计一般采用交变磁场，且是50Hz工频电源激励产生的。产生交变磁场励磁线圈的结构型式因测量导管的口径不同而有所不同，图3-75所示是一种集中绕组式结构。它由两只串联或并联的马鞍形励磁绕组组成，上下各一只夹持在测量导管上，为了形成磁路并保证磁场均匀，在线圈外围有若干层硅钢片叠成的磁轭。

采用交变磁场的电磁流量计，其磁感应强度B=B_msinωt。故此时的感应电动势E_x也是一交变电动势，即

E_x=B_mDvsinωt （3-96）

式中，B_m为磁感应强度的最大幅值（T）；ω为交变磁场的角频率（s^-1）；t为时间（s）。

（2）测量导管

测量导管的作用是让被测导电性液体通过。为了使磁力线通过测量导管时磁通量被分流或短路，测量导管必须采用不导磁、低电导率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。

（3）电极

电极的作用是引出和被测流量成正比的感应电动势信号。电极一般用非导磁的不锈钢制成，且被要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。它的安装位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量准确度。电极的结构如图3-76所示。

（4）外壳(www.xing528.com)

外壳应用铁磁材料制成，是保护励磁线圈的外罩，并隔离外磁场的干扰。

图3-76 电极的结构

（5）衬里

在测量导管的内侧及法兰密封面上，有一层完整的电绝缘衬里。它直接接触被测液体，其作用是增加测量导管的耐腐蚀性，防止感应电动势被金属测量导管管壁短路。衬里材料多为耐腐蚀、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯塑料或陶瓷等。

（6）转换器

由液体流动产生的感应电动势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，转换器的作用就是将感应电动势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。

电磁流量计为了消除电极的极化现象，一般都采用交变磁场。虽然这可以有效地克服介质的极化现象，但随之而来的是带来正交干扰信号明显在增大。正交干扰是指相位和感应电动势E_x相差90°的无用信号。产生正交干扰的主要原因是：当电磁流量计工作时，管道内充满导电液体，使被测液体、电极、电极引线和转换器的输入阻抗构成闭合回路。当闭合回路中有交变磁场通过，就要产生感应电动势（干扰电动势），其值为

比较式（3-96）和式（3-98）可以看出干扰电动势e_f和被测感应电动势E_x的频率相同，相位相差90°，习惯上称为正交干扰。严重时，正交干扰甚至超过被测感应电动势E_x，使流量计无法工作，故必须设法消除正交干扰的影响。消除正交干扰的主要方法有下列两种：

1）自动对消法。如图3-77所示，从一个电极上引出两根导线分别绕过磁极形成两个闭合回路。当有磁力线穿过这两个闭合回路时，在两个回路内产生方向相反的干扰电流i₁和i₂，调整调零电位器W的中间位置，使干扰电流i₁=i₂，进而使干扰电动势自动抵消，从而有效地抑制正交干扰的影响。

图3-77 自动对消法

图3-77中的R_y代表测量电路的等效输入电阻。

2）在转换器的电路中进一步采取抑制措施来消除正交干扰。

3.电磁流量计的选用与安装注意事项

电磁流量计的合理选用及正确安装对提高流量计的测量精度和延长仪表寿命，都是极其重要的。其选用原则有以下四点：

1）被测流体必须是导电液体，它不能测量气体、蒸汽、石油制品、甘油、酒精等物质，也不能测量纯净水。

2）口径与量程的选择。流量计口径比管道内径稍小。流量计的量程根据不低于预计的最大流量值的原则选择满量程刻度，常用流量最好超过满量程的50%，这样可获得较高的测量准确度。常用流速为2～4m/s最合适。

3）压力的选择。使用压力必须低于电磁流量计额定工作压力，一般不得超过16×10⁵Pa。

4）温度的选择。被测介质温度不能超过衬里材料的容许使用温度，一般不大于200℃。

电磁流量计安装注意事项如下：

1）安装位置。电磁流量计可以垂直、水平安装，但推荐垂直安装，且被测流体是自下而上流动。也可以水平安装，但要使两电极在同一水平面上。水平安装时要保证在何时测量导管都充满液体。

2）电磁流量计信号比较弱，满量程时只有几毫伏，且流量很小时，只有几微伏，外界稍有干扰就会影响测量准确度。因此，流量计的外壳、屏蔽线、测量导管都要接地。要求单独设置接地点，千万不要连接在电动机或上、下管道上。

3）流量计的安装地点要远离一切磁源（如大功率电动机、变压器等）。

4）电磁流量计是速度式流量计。当流线分布不符合设定条件时，将产生测量误差。因此，在电磁流量计前必须有10D左右的直管段，以消除各种局部阻力对流线分布对称性的影响。