电磁流量计

电磁流量计(Electromagnetic   flowmeter)是根据Faraday 电磁感应理论。它使用当磁场施加到导电流体时产生的电动势来测量导电流体的流量。电磁流量计的主要结构包括传感器、转换器和显示仪表。一般按组成结构可分为分离式电磁流量计和集成式电磁流量计，电磁流量计按励磁方式和用途不同可分为多种类型。电磁流量计具有结构简单的优点、测量几乎不会造成压力损失、反应灵敏等诸多优点。它不仅可用于常规水流量的测量，也可用于化学工业中腐蚀性液体的测量、冶金的高温矿浆、电磁流量计在医药卫生等流体流量测量方面也有明显的优势。但仍有一些问题不能用于低电导率和低压流体的测量、并且容易受到电磁干扰的限制。

1832年，法拉第（Faraday）在滑铁卢桥的两边放置两根金属杆作为电极，用大地电磁仪测量河流的流速这是世界上第一个电磁流量计实验。

1917年，史密斯和斯皮里安（Charles  g   Smith Joseph   Leppien）应用基于电磁感应原理的船速测量技术，提出交流励磁技术克服海水的极化影响，开启了电磁流体测速技术的先河。

1930年，生物学家威廉姆斯（Williams）将硫酸铜溶液放入不导电的圆形管道中，用它来测量管道两端的DC电压发现测量电压与流速成正比。为电磁流量计奠定了理论基础。 

1950年，荷兰人首次使用电磁流量计测量挖泥船上的泥沙流量。随后，电磁流量计在美国被用于一般工业生产。

1955年左右，日本、前苏联、英国、德国也成功开发了电磁流量计。 

20世纪80年代以来，随着微电子技术和计算机技术的快速发展，电磁流量计的生产技术水平不断提高，大大拓宽了其应用范围。

电磁流量计由传感器组成、转换器和显示仪表由三部分组成

传感器部分

电磁流量计的传感器部分是其核心，由磁路系统组成、测量管道、绝缘衬里、电极、外壳和干扰调节器。

1)磁路系统

磁路系统的作用是产生均匀的DC或交流磁场。DC磁路由永磁体实现，具有结构简单受外界交流磁场干扰小的优点，但会引起被测液体的电解电极上的极化，破坏原有的测量条件。当管道直径较大时，永磁体相应地较大笨重且不经济。因此，电磁流量计一般采用50HZ工频交变励磁，但易受外界电磁干扰。另外还有低频方波恒流励磁和双频励磁，进一步克服了交流励磁的缺点。

2)测量导管

测量管道的作用是让被测导电液体通过。为了在磁力线穿过测量导管时分流或短路磁通量，测量导管必须是非磁性的、低导电率、由导热系数低且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

电极的功能是提取与测量值成比例的感应电势信号。电极一般由非磁性不锈钢制成，并要求与内衬齐平，使流体能畅通无阻地通过。其安装位置应在管道的垂直方向，以防止泥沙在其上堆积，影响测量精度。电极要求耐腐蚀性能高，被测介质不允许严重、迅速腐蚀，否则仪器将无法正常工作，甚至造成严重事故。

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4)外壳

由铁磁材料制成，是配电系统励磁线圈的外罩，隔离外界磁场的干扰。

5)衬里

内衬是测量导管内壁上的耐磨层、耐腐蚀、耐高温绝缘材料。可以增加测量导管的耐磨性和耐腐蚀性，防止测量导管管壁短路。衬里材料大多耐腐蚀、耐高温、耐磨聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。

转换器部分

液体流动产生的感应电位信号很弱，受各种干扰因素影响很大转换器的作用是将感应电位信号放大转换成统一的标准信号，抑制主要干扰信号。它的任务是将电极检测到的感应电势信号转换成统一的标准DC信号。

显示仪表

显示和输出转换器处理后的流量数据

电磁流量计是根据Faraday 电磁感应理论。

当外部磁场作用于被测管道时，管道内的流体会随着沿管道方向的运动而切割磁力线，从而在传感器的检测电极上输出感应电压。电压信号被转换器接受后，会被进一步放大、校正、转换，然后显示在显示仪表上。

根据传感器和转换器的组成

分离式电磁流量计是电磁流量计的主流类型。流量计的传感器和转换器是分开的，放置在不同的位置。通常，传感器放置在管道中；变频器放置在仪表室内，或靠近易于放置和操作的传感器。

优点：该转换器可以避免在恶劣的野外环境下工作，便于检查调整电子设备和设置测量参数。

缺点：抗电磁干扰能力弱，需要严格进行布线安装。

集成电磁流量计顾名思义，是一种集传感器和转换器于一体的电磁流量计。可以通过测量管道来直接产生标准电流信号，以反映管道中流体的流动。

优点：传感器与变频器之间的电流信号与励磁线的连接距离变短，不需要外接电线，家用电器的接线更容易，成本更低。

缺点：很容易受到管线布置的限制，如果设置在难以到达的地方，维护起来非常不方便。另外，变频器中的电子元件安装在管道中，容易受到管道中液体温度和管道振动的干扰。

按励磁方式分类

直流励磁型

磁场由永久磁铁提供或由直流电激发。测得的流量很小，只适用于液态金属如水银在室温下的温度测量。

交流工频励磁型 

磁场是由工频电激发的。抗电磁干扰能力弱，存在零点漂移。主要用于泥浆矿浆等两相流体的流量测量。

低频矩形波激励型

磁场是由DC和交流电的相互作用激发的。具有功率损耗小、零稳定的优点应用最广泛。

双频励磁型

磁场由高、低频矩形波电流叠加激励。稳定性优异、无流量引起的噪声干扰，响应特性好。

按连接方式分类

根据传感器与管道的连接方式，可分为法兰连接、Can t形卡箍连接和螺纹连接等。

按用途分类

通用 

用于冶金、石化、造纸、轻、排水、水处理以及医药、食品、生物和精细化工行业中的通用电磁流量计是电磁流量计的主要类型。被测介质的电导率有一个范围的要求，一般不能超过其上限和下限。

防爆型 

在有爆炸性气体的场所，为了避免爆炸的危险，采用了具有防爆功能的电磁流量计。在结构上，传感器通常采用隔爆型主体和安全火花电极信号电路的复合结构；也可以做成一体化电磁流量计，安装在有爆炸危险的地方

卫生型

用于医疗卫生食品加工生化等行业的电磁流量计必须满足相关卫生条件，包括定期消毒和便于拆卸清洗。 

抗浸入型 

用于安装在地下的传感器，可以承受短时间的洪水。

潜水型

其特征在于传感器位于明渠水闸底部，在水中长时间工作；主要用于测量自由水面的水流，如地面明渠或水面不足的地下管道。

插件 

插入式电磁流量计属于侵入式流量测量，通过管壁上的开口将传感器伸入管道内。插电式电磁流量计测得的流量不是实际流量，而是由测得的本地流量换算出来的流量，所以精度不高，但价格便宜。通常用于管道直径较大的场合，适合在控制系统中使用。

优点

电磁流量计的测量管是光滑的直管，没有阻流检测器因为不容易堵塞，所以适用于纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆污水和其他含有固体杂质或纤维的液体-测量固体和两相液体。

电磁流量计不会因为检测流量而造成压力损失，仪表的阻力只是沿同一长度管道的阻力，节能效果明显，适用于大口径供水管道，阻力损失小。

在测量过程中，被测介质的密度不受影响、黏度、温度、压力和电导率变化，由于传感器感应电压信号与平均流量成线性关系，测量精度高。

与大多数其他流量计相比，前直管段的要求较低。

传感器结构简单。

电磁流量计无机械惯性，响应灵敏，既能测量脉动流量，又能测量正流量、向相反方向流动。

测量管道中通畅的部分，这样就没有额外的压力损失；测量管路中没有运动部件，因此传感器的使用寿命极长。

由于感应电压信号是在充满磁场的整个空间内形成的，并且是管道载体表面的平均值，所以传感器要求的直管段较短，长度为管道直径的5倍。

缺点

Can 不能用于低传导性流体：电磁流量计对被测流体的电导率有一定的要求，因此可以 t测量导电性差的液体，如石油产品、有机溶剂、气体、水蒸气和含有大量气泡的液体。

高温、低温流体的限制：测试受内衬、由于电气绝缘等因素的影响，通用电磁流量计不适用于高温流体。此外，传统的电磁流量计可以 t用于测量低温流体，因为在低温下，测量的是凝结在测量管中的露水（或霜冻），会破坏设备的绝缘性能。

不能用于非牛顿流体：固体颗粒含量高的流体，如钻井泥浆、钻探固井水泥浆、纸浆等这些流体实际上是非牛顿流体。因为这些固体颗粒随流体流动，流体与固体颗粒之间存在滑移，存在速度差，会造成附加差。当颗粒含量过高时，流量计将失效。

不能用于低压流体：由于电磁流量计采用的是电磁感应原理，对被测流体的流量下限有一定的限制，这就要求流体的工作压力不能太低。

电磁流量计的准确度等级、引用误差、重复性等指标是衡量电磁流量计性能的重要参数。

流量范围：是指在规定的基本误差范围内，从流量计的最小流量到最大流量的范围。

量程和量程比：流量范围内的最大流量和最小流量之差称为流量计的量程。最大流量与最小流量的比值称为流量计的量程比，也称为流量计的量程。

允许误差：流量计在规定的正常工作条件下的最大允许误差(误差的极限值)称为流量计的允许误差。允许误差可以用绝对误差和相对误差来表示。

绝对误差=指示值-标准器的值(检定值)

相对误差=绝对误差/检定值；

流量计的允许误差通常用相对误差来表示。

准确度等级：流量计的指示值接近被测流量值的能力称为流量计的准确度。满足某些计量要求并将流量计误差保持在规定范围内的流量计分类、该水平被称为流量计的准确度水平。

流量计的精度等级可以用流量计的允许误差来表示，即去掉流量计的允许误差

±”和“例如，符号后的数字表示精度等级为 0.二级流量计指示其测量误差不超过0.2%

引用误差：电磁流量计的基准误差是指在标准流量条件下，测量结果与真值之间的最大误差。通常要求引用误差小于准确度水平的一半。

重复性：电磁流量计的重复性是指在相同流量条件下多次测量结果之间的偏差。重复性越好，电磁流量计的稳定性越高。

这些指标是评价电磁流量计性能的重要指标，不同的应用场景需要不同的指标要求。对于一些需要高精度流量测量的场合，这些指标的要求会更加严格。

智能化：随着微处理器的发展，电磁流量计也在向智能化发展。其智能化方向可分为智能信号处理和智能控制，两者共同作用形成智能电磁流量计。其主要技术包括软件技术、自诊断功能、程控放大器技术、微处理器抗干扰技术等。

高精度化：随着科学技术的不断进步，电磁流量计的测量精度和稳定性有了显著提高。通过改进信号处理方法和电路结构，可以有效降低干扰，提高信噪比，从而提高精度。

应用范围的拓宽：通过改进电磁流量计的结构和激励方式，不仅可以将电磁流量计的应用范围扩大到未充满管道易发生电极表面极化的流体介质，而且可以扩大测量范围。

远程通信和数据处理：随着物联网技术的快速发展，电磁流量计的远程通信和数据处理能力也得到了提高，使得电磁流量计能够实现在线监测和远程控制，提高了计量的可靠性和实用性。