电磁流量计技术文章

 1. 概 述

　　电磁流量计（以下简称LDE）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种

测量导电液体体积流量的仪表。50年代初EMF实现了工业化应用，近年

来世界范围EMF产量约占工业流量仪表台数的5%～6.5%。

　　70年代以来出现键控低频矩形波激磁方式，逐渐替代早期应用的

工频交流激磁方式，仪表性能有了很大提高，得到更为广泛的应用。

　　　2. 原理与机构

　 　　LDE的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割

磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，导电性液体在垂

直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流

量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”，其值如

下式

　　　　式中 E-----感应电动势，即流量信号，V;

　　k-----系数；

　　B-----磁感应强度，T；

　　D----测量管内径，m；

　　--- 平均流速，m/s。

　　　　设液体的体积流量为

　　，则

　　式中 K 为仪表常数，K= 4 KB/πD 。

　　LDE由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如

图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，

一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器

。激磁电流则由转换器提供。

　　　　　　3、 优 点

　　LDE的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞适用

于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆

、泥浆和污水等。

　　LDE不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长

度管道的沿程阻力，节能*，对于要求低阻力损失的大管径供

水管道zui为适合。

　　LDE所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力

和电导率（只要在某阈值以上）变化明显的影响。

　　 与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低。

　　LDE测量范围度大，通常为20：1～50：1，可选流量范围宽。满度

值液体流速可在0.5～10m/s内选定。有些型号仪表可在现场根据需要

扩大和缩小流量（例如设有4位数电位器设定仪表常数）不必取下作离线

实流标定。

　　LDE的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m。可测正反

双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多。仪表

输出本质上是线性的。

　　　　 易于选择与流体接触件的材料品种，可应用于腐蚀性流体。

　　　　　　4、 缺 点

　　LDE不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等。不能

测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。

　　通用型LDE由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度

的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露（或霜

）而破坏绝缘。

　　　　5、 分 类

　　场上通用型产品和特殊型仪表可以从不同角度分类。

　　如按激磁电流方式划分，有直流激磁、交流（工频或其他频率）激

磁、低频矩形波激磁和双频矩形波激磁。几种激磁方式的波形见图3。

　　按输出信号连线和激磁（或电源）连线的制式分类，有四线制和二

线制。

　　按转换器与传感器组装方式分类，有分离型和一体型。

　　按流量传感器与管道连接方法分类，有法兰连接、法兰夹装连接

、卫生型连接和螺纹连接。

　　按流量传感器电极是否与被测液体接触分类，有接触型和非接触

型。按流量传感器结构分类，有短管型和插入型。

　　按用途分类，有通用型、防爆型、卫生型、防侵水型和潜水型等

。

　　6. 选用考虑要点

　　6.1 应用概况

　LDE应用领域广泛。大口径仪表较多应用于给排水工程。中小口径常

用于固液双相等难测流体或高要求场所，如测量造纸工业纸浆液和黑

液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学工业的强腐蚀液以及钢

铁工业高炉风口冷却水控制和监漏，长距离管道煤的水力输送的流量

测量和控制。小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物工

程等有卫生要求的场所。

　　6.2精度等级和功能

 市场上通用型LDE的性能有较大差别，有些精度高、功能多，有些精

度低、功能简单。精度高的仪表基本误差为（±0.5%～±1%）R，精度低

的仪表则为（±1.5%～±2.5%）FS，两者价格相差1～2倍。因此测量精

度要求不很高的场所（例如非贸易核算仅以控制为目的，只要求高可靠

性和优良重复性的场所）选用高精度仪表在经济上是不合算的。

　　有些型号仪表声称有更高的度，基本误差仅（±0.2%～±

0.3%）R，但有严格的安装要求和参比条件，例如环境温度20～22℃，

前后置直管段长度要求分别大于10D,3D（通常为5D,2D）甚至提出流量传

感器要与前后置直管组成一体在流量标准装置上作实流校准，以减少

夹装不善的影响。因此在多种型号选择比较时不要单纯只看高指标，

要详细阅读制造厂样本或说明书做综合分析。

　　 市场上LDE的功能差别也很大，简单的就只是测量单向流量，只

输出模拟信号带动后位仪表；多功能仪表有测双向流、量程切换、上

下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总量

计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型

号仪表的串行数字通信功能可选多种通信接口和芯片（ASIC），以

连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF现场总线等。

　　6.3流速、满度流量、范围度和口径

　　选定仪表口径不一定与管径相同，应视流量而定。流程工业输送

水等粘度不同的液体，管道流速一般是经济流速1.5～3m/s。LDE用在

这样的管道上，传感器口径与管径相同即可。

　　LDE满度流量时液体流速可在1～10m/s范围内选用，范围是比较宽

的。上限流速在原理上是不受限制的，然而通常建议不超过5m/s，除

非衬里材料能承受液流冲刷，实际应用很少超过7m/s，超过10m/s则更

为罕见。满度流量的流速下限一般为1m/s，有些型号仪表则为0.5m/s

。有些新建工程运行初期流量偏低或在流速偏低的管系，从测量精度

角度考虑，仪表口径应改用小于管径，以异径管连接之。

　　用于有易粘附、沉积、结垢等物质的流体，选用流速不低于2m/s

，提高到3～4m/s或以上，起到自清扫、防止粘附沉积等作用。用

于矿浆等磨耗性强的流体，常用流速应低于2～3m/s ，以降低对衬里

和电极的磨损。

　　在测量接近阈值的低电导液体，尽可能选定较低流速（小于0.5～

1m/s），因流速提高流动噪声会增加，而出现输出晃动现象。

　　LDE的范围度是比较大的，通常不低于20，带有量程自动切换功能

的仪表，可超过50～100。

　 国内可以提供的定型产品的口径从10mm到3000mm，随然实际应用还

是以中小口径居多，但与大部分其他原理流量仪表（如容积式、涡轮式

、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大比重。某企

业近万台仪表中，50mm以下小口径、65～250mm中口径、300～900mm大

口径、1000mm以上超大口径分别占37%、45%、15%和3%。

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