電磁流量計在化工行業(yè)的應(yīng)用

曲明浩

【摘 要】文章介紹了電磁流量計的概述，技術(shù)原理，安裝條件，以及電磁流量在煤化工行業(yè)上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電磁流量計；化工行業(yè)；應(yīng)用

0.概述

電磁流量計（Electromagnetic Flowmeter）是由直接接觸管道介質(zhì)的傳感器和上端信號轉(zhuǎn)換器兩部分構(gòu)成。它是基于法拉第電磁感應(yīng)定律工作的，用來測量電導(dǎo)率大于5μs/cm的導(dǎo)電液體的流量，是一種測量導(dǎo)電介質(zhì)流量的儀表。除了可以測量一般導(dǎo)電液體的流量外，還可以用于測量強酸、強堿等強腐蝕性液體和均勻含有液固兩相懸浮的液體，如泥漿、礦漿、紙漿等。

電磁流量計

電磁流量計特別設(shè)計了帶背光寬溫的中文液晶顯示器，功能齊全實用、顯示直觀、操作使用方便，可以減少其他電磁流量計英文菜單所帶來的不便。另外我們獨家設(shè)計4-6多電極結(jié)構(gòu)，進一步保證了測量精度并且任何時候無需接地環(huán)，減輕了儀表體積和安裝維護的麻煩。電磁流量計在滿足現(xiàn)場顯示的同時，還可以輸出4～20mA電流信號供記錄、調(diào)節(jié)和控制用，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、冶金、醫(yī)藥、造紙、給排水等工業(yè)技術(shù)和管理部門。

采用電磁感應(yīng)原理測量介質(zhì)流體流速的電磁流量計。它在管道的兩側(cè)加一個磁場，被測介質(zhì)流過管道就切割磁力線，在兩個檢測電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其大小正比于流體的運動速度。可以用于測量酸、堿、鹽溶液、水煤漿、礦漿、砂漿灰泥、紙漿、樹脂、橡膠乳、合成纖維漿和感光乳膠等各種懸浮物、氣化汽和粘性物質(zhì)的流量。電磁流量計密封性能好，還可用于自來水和地下水道系統(tǒng)。而且測量過程不與流體接觸，適于制藥、生物化學和食品工業(yè)。這種流量計還可檢測血液流量。它的量程比約為100：1，精度一般為1%，由于這種傳感器必須保持管道內(nèi)電阻和測量電路阻抗之間有一定比例關(guān)系，因此在制造上有一定困難。當被測介質(zhì)的電導(dǎo)率約為10歐姆·厘米時就開始產(chǎn)生困難，電導(dǎo)率更低時就產(chǎn)生原理性困難。當電導(dǎo)率為10歐姆·厘米時，就達到導(dǎo)電介質(zhì)和電介質(zhì)之間的“分界線”，熱噪聲電平隨內(nèi)阻的增大而顯著增加。

電磁流量計是高精度、高可靠和使用壽命長的流量儀表，所以在設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、選材、制定工藝、生產(chǎn)裝配和出廠測試等過程中每一個環(huán)節(jié)我們都非常細致講究，還自行設(shè)計了一套中國最先進的，專用于電磁流量計的生產(chǎn)設(shè)備和流量實流標定裝置，從而在軟件和硬件上都能切實保證產(chǎn)品長期的高質(zhì)量。電磁流量計特別設(shè)計了帶背光寬溫的中文液晶顯示器，功能齊全實用、顯示直觀、操作使用方便，可以減少其他電磁流量計英文菜單所帶來的不便。另外我們獨家設(shè)計4-6多電極結(jié)構(gòu)，進一步保證了測量精度并且任何時候無需接地環(huán)，減輕了儀表體積和安裝維護的麻煩。

1.技術(shù)原理

1.1工作原理

電磁流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計中，測量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當于法 拉第試驗中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當有導(dǎo)電介質(zhì)流過時，則會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個電極測量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。

1.2測量原理

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當一導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應(yīng)強度B，導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L及導(dǎo)體的運動速度u成正比，如果B，L，u三者互相垂直，則：

e=Blu（3-35）

與此相仿.在磁感應(yīng)強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動時，導(dǎo)電流體就切割磁力線.如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動勢：

e=BD（3-36）

式中，為管道截面上的平均流速.由此可得管道的體積流量為：

qv=（3-37）

由上式可見，體積流量qv與感應(yīng)電動勢e和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān).這就是電磁流量計的測量原理。

需要說明的是，要使式（3-37）嚴格成立，必須使電磁流量計測量條件滿足下列假定：

①磁場是均勻分布的恒定磁場。

②被測流體的流速軸對稱分布。

③被測液體是非磁性的。

④被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。

2.電磁流量計的安裝條件

按EMF自身的轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類，有分離型和一體型兩種。如在污水廠中大口徑流量計傳感器大多安裝在地下，所以建議選擇IP68（防塵防潛水級），如果安裝在地上，建議選擇IP67（防塵防濺水級）。小口徑以一體式為多。通常EMF對安裝場所要求有：

a.測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的下游；測量化學反應(yīng)管道時，要裝在反應(yīng)充分完成段的下游；盡量滿足前后直管段分別不小于5D和2D。

b.盡可能避免測量管內(nèi)變成負壓。

c.選擇震動小的場所，特別對一體型儀表。

d.避免附近有大電機、大變壓器等，以免引起電磁場干擾。

e.易于實現(xiàn)傳感器單獨接地的場所。

f.盡可能避開周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體。

g.盡可能避免受陽光直照。

3.電磁流量計的環(huán)境條件

一般儀表應(yīng)用于爆炸性危險環(huán)境應(yīng)按標準GB3836.1《爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備通用要求》的規(guī)定，選擇適應(yīng)使用場所環(huán)境的氣氛、爆炸性混合物的分級分組、設(shè)備類型以及其他安全規(guī)則或標準的儀表。另外，外界磁場、電氣干擾、環(huán)境溫度和濕度也是EMF選型的考慮要點。

4.測量原理

（1）由于沒有節(jié)流件，儀表幾乎無壓力損失，僅消耗10～20W的電功率，這點與節(jié)流的差壓式流量計相比，其節(jié)能效果成為EMF發(fā)展的一大優(yōu)勢。

（2）EMF所得的體積流量，實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化的影響。

（3）EMF測量范圍很大，通常為20∶1～50∶1，每個量程又可從2%～100%線性測量，EMF的測量范圍可涵蓋紊流和層流兩種速度分布狀態(tài)，這是其他流量計不能與之相比擬的。

（4）測量原理是線性的，測量精確度高，反應(yīng)速度快，可測脈動流量和快速累積總量，可測正反雙向流量，傳感器前后直管段要求低。

（5）耐腐蝕性能好，使用可靠，維護方便，壽命長。

但是，EMF不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等；不能測量氣體、蒸汽、和含有較多較大氣泡的液體；受襯里材料和電極絕緣材料的溫度限制，不能測量較高溫度的液體。

5.電磁流量計在煤化工行業(yè)上的應(yīng)用

電磁流量計雖然在測量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系，測量精度高，但是也存在著一些問題，在煤化工行業(yè)主要應(yīng)用在水煤漿流量測量和黑水流量測量等方面，下面將在這一領(lǐng)域使用遇到的問題和解決方法與大家共享。

在煤漿測量方面也出過一些問題，如測量物體沉淀，造成煤漿流量計測量電極被覆蓋，影響測量精度等問題，易造成煤漿沉淀的主要原因是流量計傳感器設(shè)計不合理，電極與輸送管道不是一個水平位置，電磁流量計測量電極水平布置時低于管道，在測量物體流過時易在低處產(chǎn)生沉淀，覆蓋電極，導(dǎo)致測量不準，影響裝置穩(wěn)定運行，目前國際上一些著名品牌的流量計也沒有好的解決方法，但是這問題被我國上海某家企業(yè)所攻克，他們的做法是將電磁流量計傳感器的管徑縮小，與輸送介質(zhì)管線直徑不一致，目的是加快介質(zhì)通過電磁流量計傳感器的速度，降低介質(zhì)在傳感器處的沉淀，但是這樣設(shè)計又遇到了一個難題，就是流速加快，流動產(chǎn)生的噪聲增大，噪聲增大對測量精度又有一定的影響，為了剛好的解決這個問題，他們又將電磁流量計傳感器內(nèi)襯改為橡膠襯，同時增加厚度，有效的降低了噪聲，這樣就很好的解決了電磁流量計測量不準確的問題。