电磁流量计在工业装置中的应用

电磁流量计在工业装置中的应用

朱红英

洛阳石化工程设计有限公司河南洛阳471012

摘要：电磁流量计（ElectromagneticFlowmeter）是由直接接触管道介质的传感器和上端信号转换器两部分构成。它是基于法拉第电磁感应定律工作的，用来测量电导率大于5μs/cm的导电液体的流量，是一种测量导电介质流量的仪表。除了可以测量一般导电液体的流量外，还可以用于测量强酸、强碱等强腐蚀性液体和均匀含有液固两相悬浮的液体，如泥浆、矿浆、纸浆等。文章介绍了电磁流量计的概述，技术原理，安装条件，以及电磁流量在石油化工行业上的应用。

关键词：电磁流量计；原理；应用

电磁流量计是一种测量导电介质流量的仪表，除了可以测量一般导电液体的流量外，还可以用于测量强酸、强碱等强腐蚀性液体和均匀含有液固两相悬浮的液体，如泥浆、矿浆、纸浆等。广泛地应用于化工、环保、冶金、医药、造纸、给排水等工业技术和管理部门。

电磁流量计采用电磁感应原理测量介质流体流速的。它在管道的两侧加一个磁场，被测介质流过管道就切割磁力线，在两个检测电极上产生感应电势，其大小正比于流体的运动速度。可以用于测量酸、碱、盐溶液、石油、矿浆、砂浆灰泥、纸浆、树脂、橡胶乳、合成纤维浆和感光乳胶等各种悬浮物、气化汽和粘性物质的流量。电磁流量计密封性能好，还可用于自来水和地下水道系统。而且测量过程不与流体接触，适于制药、生物化学和食品工业。这种流量计还可检测血液流量。它的量程比约为100：1，精度一般为1%，由于这种传感器必须保持管道内电阻和测量电路阻抗之间有一定比例关系，因此在制造上有一定困难。当被测介质的电导率约为10欧姆•厘米时就开始产生困难，电导率更低时就产生原理性困难。当电导率为10欧姆•厘米时，就达到导电介质和电介质之间的“分界线”，热噪声电平随内阻的增大而显著增加。

本文就电磁流量计原理、特点、安装及应用做简要分析如下：

1.技术原理

1.1工作原理

电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。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。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。

1.2测量原理

根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，导体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B，L，u三者互相垂直，则：

e=Blu（3-35）

与此相仿.在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势：

e=BD（3-36）

式中，为管道截面上的平均流速.由此可得管道的体积流量为：

qv=（3-37）

由上式可见，体积流量qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关.这就是电磁流量计的测量原理。

需要说明的是，要使式（3-37）严格成立，必须使电磁流量计测量条件满足下列假定：

①磁场是均匀分布的恒定磁场。

②被测流体的流速轴对称分布。

③被测液体是非磁性的。

④被测液体的电导率均匀且各向同性。

2.电磁流量计的安装条件

按EMF自身的转换器与传感器组装方式分类，有分离型和一体型两种。如在污水厂中大口径流量计传感器大多安装在地下，所以建议选择IP68（防尘防潜水级），如果安装在地上，建议选择IP67（防尘防溅水级）。小口径以一体式为多。通常EMF对安装场所要求有：

a.测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；尽量满足前后直管段分别不小于5D和2D。

b.尽可能避免测量管内变成负压。

c.选择震动小的场所，特别对一体型仪表。

d.避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰。

e.易于实现传感器单独接地的场所。

f.尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体。

g.尽可能避免受阳光直照。

3.电磁流量计特点

（1）由于没有节流件，仪表几乎无压力损失，仅消耗10～20W的电功率，这点与节流的差压式流量计相比，其节能效果成为EMF发展的一大优势。

（2）EMF所得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力、雷诺数以及在一定范围内电导率变化的影响。

（3）EMF测量范围很大，通常为20∶1～50∶1，每个量程又可从2%～100%线性测量，EMF的测量范围可涵盖紊流和层流两种速度分布状态，这是其他流量计不能与之相比拟的。

（4）测量原理是线性的，测量精确度高，反应速度快，可测脉动流量和快速累积总量，可测正反双向流量，传感器前后直管段要求低。

（5）耐腐蚀性能好，使用可靠，维护方便，寿命长。

电磁流量计也有局限性和不足：

（1）介质温度不能太高，一般不超过120摄氏度，压力一般不超过1.6MPa，流速不得低于0.3m/s；

（2）被测介质必须是导电性液体，最低导电率〉20us/cm，被测介质不能含有较多的铁磁性物质及气泡。不能用于气体、蒸汽、石油制品等非导电性流体。

4.日常管理

为确保流量计设备的正常安全运作，使其性能稳定、计量准确，日常的维护保养工作是十分重要的环节。

（1）流量计管理人员必须熟悉设备的性能和故障的情况处理。管理人员对流量计原始资料、运行状况进行归档整理，方便故障发生时可以及时查阅资料及时处理；

（2）要保持流量计运行周边环境的整洁，日常检测要注意电源、指示灯和设备显示的情况；

（3）为保证流量计的计量准确，通过容积法或者标准表法定期对流量计进行检定和校准，也可以通过厂家提供的检测设备进行检测。在没有专业的检测设备时，可以通过万用表测量通过流量计传感器的电流电压进行换算检测。通过检测分析和记录流量计的实际运行情况。

5.电磁流量计在石油化工行业上的应用

电磁流量计虽然在测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，测量精度高，但是也存在着一些问题，在石油化工行业主要应用在水质流量的测量，下面将在这一领域使用遇到的问题和解决方法与大家共享。

在测量方面也出过一些问题，如测量物体沉淀，造成流量计测量电极被覆盖，影响测量精度等问题，易造成沉淀的主要原因是流量计传感器设计不合理，电极与输送管道不是一个水平位置，电磁流量计测量电极水平布置时低于管道，在测量物体流过时易在低处产生沉淀，覆盖电极，导致测量不准，影响装置稳定运行，目前国际上一些著名品牌的流量计也没有好的解决方法，但是这问题被我国上海某家企业所攻克，他们的做法是将电磁流量计传感器的管径缩小，与输送介质管线直径不一致，目的是加快介质通过电磁流量计传感器的速度，降低介质在传感器处的沉淀，但是这样设计又遇到了一个难题，就是流速加快，流动产生的噪声增大，噪声增大对测量精度又有一定的影响，为了刚好的解决这个问题，他们又将电磁流量计传感器内衬改为橡胶衬，同时增加厚度，有效的降低了噪声，这样就很好的解决了电磁流量计测量不准确的问题。

参考文献

[1]常苹莉.论电磁流量计的应用研究分析[J].科技创业家，2012（19）