电磁流量计的原理、选型与安装技巧

1.工作原理

电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。当一个导体在磁场内运动时，在与磁场方向、运动方向相互垂直方向的导体两端，会有感应电动势产生。电动势的大小与导体运动速度和磁感应强度大小成正比。

在图2-9中，当导电流体以平均流速υ（m/s）通过装有一对测量电极的一根内径为D（m）的绝缘管子流动时，并巨该管子处于一个均匀的磁感应强度为B（T）的磁场中，那么在一对电极上就会感应出垂直于磁场方向和流动方向的电动势E（V）。由电磁感应定律可得

E＝BDυ （2-2）

通常，体积流量q_v（m³/s）可以写作

由式（2-2）和式（2-3）可得

因此电动势可表示为

当B是个常数时，式（2-4）中令，式（2-4）改写为

q_v＝kE （2-6）

可见，流量q_v与电动势E成正比。

图2-9 电磁流量计工作原理

电磁流量转换器一方面向电磁流量传感器励磁线圈提供稳定的励磁电流，以达到图2-9中的B是个常量；同时把传感器感应的电动势放大、转换成标准的电流信号或频率信号，便于流量的显示、控制与调节。图2-10所示为转换器电路结构。

图2-10 转换器电路结构

电磁流量转换器与不同型号的电磁流量传感器配套组成电磁流量计系统，用来测量封闭管道中导电流体的体积流量。它广泛地适用于石油化工、钢铁冶金、给水排水、水利灌溉、水处理、环保污水总量控制、造纸、医药、食品等工、农业部门的生产工艺过程流量测量和控制；适用于导电液体的总量计量。

2.电磁流量计的选型

据有关资料表明，流量计仪表在实际应用中有2/3的故障是由于错误的选型和错误的安装而造成的，因此需要在选型时特别注意。

以下是电磁流量计的选型步骤：

第一步：收集数据。

1）被测流体名称；

2）最大流量和最小流量；

3）最高工作压力；

4）最高温度和最低温度。

其中最大流量和最小流量必须符合表2-1。

表2-1 流量计的最大流量与最小流量

流量计算公式为

Q＝Vπ（D/2）² （2-7）

式中，Q为液体流量（m³/h）；V为液体流速（m/s），（流速范围一般为0.1~15m/s）；D为管道内径（mm）。

在收集数据中必须注意以下几点：

1）实际最高工作压力必须小于流量计的额定工作压力。

2）最高工作温度和最低工作温度必须符合流量计规定的温度要求。

3）确定是否有负压情况存在。

4）用户可以根据流量范围表中的流量选择相应的电磁流量计，若所选择的电磁流量计的内径与现在工艺管道的内径不符，应进行缩管或扩管。若管道进行缩管，应考虑由于缩管引起的压力损失是否会影响工艺流程。

5）从产品价格上考虑，可以选择较小口径的电磁流量计，相对减少投资。

6）测量洁净水时，经济流速是1.5~3m/s；测量易结晶的溶液时，应适当地提高流速，3~4m/s为宜，起到自清扫、防止粘附沉积等作用；测量矿浆等磨耗性流体时，应适当降低流速，1.0~2m/s为宜，以降低对内衬和电极的磨损。

第二步：电极材料的选择。

应根据被测流体的腐蚀性来选择电极的材料（见表2-2），也可以查有关腐蚀手册，而对于特殊流体应做实验。

表2-2 电极材料及其耐腐蚀性能

第三步：衬里材料选择。

应根据被测介质的腐蚀性、磨损性和温度来选择衬里材料（见表2-3）。

表2-3 衬里材料选择(www.xing528.com)

第四步：防护等级的选择。

电磁流量计的防护等级一般有以下三种：

IP65：防喷水型，允许水龙头从任何方向对传感器喷水，喷水压力为30kPa，出水量为12.5L/s，距离为3m，外壳进水量不致达有害程度，仪表不受影响。

IP67：防短时间浸水型，传感器浸入水中，短时间内外壳进水量不致达有害程度，仪表不受影响。

IP68：潜水型，传感器浸入水中1m，持续潜水后，外壳进水量不致达有害程度，仪表不受影响。

3.电磁流量计的机械与电气安装

正确地选择安装点和正确安装电磁流量计都是非常重要的环节，若在安装环节失误，轻者影响测量准确度，重者会影响电磁流量计的使用寿命，甚至会损坏电磁流量计。

（1）机械安装 选择安装位置时需特别注意：

1）测量电极的轴线必须近似于水平方向，测量管道内必须完全充满液体，流量计前方最少要有5D（D为流量计内径）长度的直管段，后方最少要有3D（D为流量计内径）长度的直管段（见图2-11）。

图2-11 电磁流量计的机械安装

2）流体的流动方向和流量计的箭头方向一致；如果管道内要有真空，会损坏流量计的内衬，需特别注意；在流量计附近应无强电磁场；在流量计附近应有充裕的空间，以便安装和维护；安装聚四氟乙烯内衬的流量计时，连接两法兰的螺栓应注意均匀拧紧，否则容易压坏聚四氟乙烯内衬，最好用力矩扳手。

3）应安装在水平管道较低处和垂直向上处（见图2-12），避免安装在管道的最高点和垂直向下处（见图2-13）；应安装在管道的上升处（见图2-14）。

图2-12 安装在水平管道较低处

图2-13 避免安装在管道的最高点和垂直向下处

图2-14 安装在管道的上升处

在开口排放管道安装时，应安装在管道的较低处。

4）若管道落差超过5m，在传感器的下游安装排气阀（见图2-15）；应在传感器的下游安装控制阀和切断阀，而不应安装在传感器上游（见图2-16）；传感器绝对不能安装在泵的进口处，应安装在泵的出口处（见图2-17）。

图2-15 在传感器的下游安装排气阀

图2-16 传感器的下游安装控制阀和切断阀

图2-17 传感器与泵的安装位置

5）测量井内安装流量计的方式如图2-18所示。

（2）电气接地 如图2-19所示，为了很好地防止外界干扰，电磁流量计要求被测介质、用户管道和仪表外壳三者必须处于一个同电位即接“地”，仪表必须接至一个独立的接地点，其他电气设备不允许连接到同一接地线上，接地电阻应小于10Ω。接地方式分外接地和内接地两种，所谓外接地是采用接地环，所谓内接地是采用多电极中的接地电极。

图2-18 测量井内安装流量计的方式

1—入口 2—溢流管 3—入口栅 4—清洗孔 5—流量计 6—短管 7—出口 8—排放阀 9—排污阀

图2-19 流量计的接地

1—测量接地 2—接地导线（16mm²铜线）

1）仪表安装在内部无漆或没有衬里的金属管道上时，可将接地导线接到两个管道法兰上，因而形成管道与液体的可靠接触。

2）仪表安装在塑料管道或内壁绝缘的管道上时，在传感器的出口和入口要安装接地环，或采用内部接地电极使测量接地与液体接通。

3）仪表安装在阴极保护管道上，带有电蚀保护的管道通常里外绝缘，以使液体对地无导电性接地。安装时必须注意以下几点：传感器的两端面要装配合适的接地环，它是依靠密封件与管道法兰的传感器法兰绝缘的；接地环必须由截面积为16mm²的铜线连接到传感器和测量接地线上（见图2-20）；与仪表连接的两管道法兰必须用一根截面积为16mm²的铜导线连接起来（见图2-21）；采用绝缘材料的轴套和垫圈，使法兰连接螺栓与法兰绝缘。

图2-20 接地环

1—测量接地 2—接地导线（16mm²铜线） 3—接地环

图2-21 连接导线

1—测量接地 2—接地导线（16mm²铜线） 3—接地环 4—连接导线（16mm²铜线）

（3）电气接线 若采用分体式安装，连接的信号电缆采用定制的专用电缆线，电缆线越短越好；励磁电缆可选用YZ中型橡套电缆，其长度与信号电缆一样；信号电缆和动力电源电缆必须严格分开，不能敷设在同一根管子内，不能平行敷设，不能绞合在一起，应分别单独穿在钢管内；信号电缆和励磁电缆尽可能短，不能将多余的电缆卷在一起，应将多余电缆剪掉，并重新焊好接头，电缆进入传感器电气接口时，在端口处做成U型，这样可以防止雨水渗透到传感器中。