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寶德BURKERT電磁流量計(jì)的工作原理
閱讀：1361 發(fā)布時(shí)間：2013-5-21寶德BURKERT電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計(jì)中,，測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿,，上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí),，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓（工作原理如下圖所示）,。管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠,，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電極的電磁隔離,。
寶德BURKERT電磁流量計(jì)的功能差別較大，簡(jiǎn)單的就只是測(cè)量單向流量,，只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀器|儀表,；多功能儀表有測(cè)雙向流、量程切換,、上下限流量報(bào)警,、空管和電源|穩(wěn)壓器切斷報(bào)警、小信號(hào)切除,、流量顯示和總量計(jì)算,、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等,。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片（ASIC）,，以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS,、Modbus,、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等。
寶德BURKERT電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問(wèn)題,如臟污流,、腐蝕流的測(cè)量,。上世紀(jì)70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破,其應(yīng)用十分廣泛,。 ：吳海鳳 ： 傳真號(hào)碼： ： ：
優(yōu)點(diǎn):
測(cè)量通道是段光滑直管,不會(huì)阻塞,適用于測(cè)量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿,、泥漿,、污水等
不產(chǎn)生流量檢測(cè)所造成的壓力損失,節(jié)能效果好
所測(cè)得體積流量實(shí)際上不受流體密度,、粘度、溫度,、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響;
流量范圍大,口徑范圍寬;
可應(yīng)用腐蝕性流體,。
缺點(diǎn):
不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體,如石油制品
不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體
不能用于較高溫度。
寶德BURKERT電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測(cè)場(chǎng)合,如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制,造紙工業(yè)測(cè)量紙漿液和黑液,化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液,有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑,、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè),、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所,。
1. 概 述
寶德BURKERT電磁流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)EMF）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表,。50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來(lái)世界范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%～6.5%,。 70年代以來(lái)出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式,，逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高,，得到更為廣泛的應(yīng)用,。
2. 寶德BURKERT電磁流量計(jì)原理與機(jī)構(gòu)
EMF的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),。如圖1所示,，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì),，電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來(lái)明右手規(guī)則”,，其值如下式 式中 E-----感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào),，V; k-----系數(shù),； B-----磁感應(yīng)強(qiáng)度，T,； D----測(cè)量管內(nèi)徑,，m； --- 平均流速,，m/s,。 設(shè)液體的體積流量為，則 式中 K 為儀表常數(shù),，K= 4 KB/πD ,。 EMF由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2,，測(cè)量管上下裝有激磁線圈,，通激磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管，一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸,，引出感應(yīng)電勢(shì),，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供,。
3,、 寶德BURKERT電磁流量計(jì)優(yōu) 點(diǎn)
EMF的測(cè)量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管,，因不易阻塞適用于測(cè)量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體,，如紙漿,、煤水漿、礦漿,、泥漿和污水等,。 EMF不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長(zhǎng)度管道的沿程阻力,，節(jié)能效果顯著,，對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供水管道zui為適合。 EMF所測(cè)得的體積流量,，實(shí)際上不受流體密度,、粘度、溫度,、壓力和電導(dǎo)率（只要在某閾值以上）變化明顯的影響,。 與其他大部分流量?jī)x表相比，前置直管段要求較低,。 EMF測(cè)量范圍度大,，通常為20：1～50：1，可選流量范圍寬,。滿度值液體流速可在0.5～10m/s內(nèi)選定,。有些型號(hào)儀表可在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要擴(kuò)大和縮小流量（例如設(shè)有4位數(shù)電位器設(shè)定儀表常數(shù)）不必取下作離線實(shí)流標(biāo)定。 EMF的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬,，從幾毫米到3m,。可測(cè)正反雙向流量,，也可測(cè)脈動(dòng)流量,，只要脈動(dòng)頻率低于激磁頻率很多。儀表輸出本質(zhì)上是線性的,。 易于選擇與流體接觸件的材料品種,，可應(yīng)用于腐蝕性流體。
4,、 寶德BURKERT電磁流量計(jì)缺 點(diǎn)
EMF不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體,，如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能測(cè)量氣體,、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體,。 通用型EMF由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體,；有些型號(hào)儀表用于過(guò)低于室溫的液體,，因測(cè)量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。
5,、 寶德BURKERT電磁流量計(jì)分 類(lèi)
市場(chǎng)上通用型產(chǎn)品和特殊型儀表可以從不同角度分類(lèi),。 如按激磁電流方式劃分，有直流激磁,、交流（工頻或其他頻率）激磁,、低頻矩形波激磁和雙頻矩形波激磁。幾種激磁方式的波形見(jiàn)圖3,。 按輸出信號(hào)連線和激磁（或電源）連線的制式分類(lèi),，有四線制和二線制。 按轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類(lèi),，有分離型和一體型,。 按流量傳感器與管道連接方法分類(lèi)，有法蘭連接,、法蘭夾裝連接,、衛(wèi)生型連接和螺紋連接。 按流量傳感器電極是否與被測(cè)液體接觸分類(lèi),，有接觸型和非接觸型,。按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類(lèi)，有短管型和插入型,。 按用途分類(lèi),，有通用型、防爆型,、衛(wèi)生型,、防侵水型和潛水型等。
6. 寶德BURKERT電磁流量計(jì)選用考慮要點(diǎn)
6.1 應(yīng)用概況
EMF應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,。大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程,。中小口徑常用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所，如測(cè)量造紙工業(yè)紙漿液和黑液,、有色冶金業(yè)的礦漿,、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液以及鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏,，長(zhǎng)距離管道煤的水力輸送的流量測(cè)量和控制,。小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè),、食品工業(yè),、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。
6.2精度等級(jí)和功能
市場(chǎng)上通用型EMF的性能有較大差別,，有些精度高,、功能多,，有些精度低、功能簡(jiǎn)單,。精度高的儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）R,，精度低的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價(jià)格相差1～2倍,。因此測(cè)量精度要求不很高的場(chǎng)所（例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的,，只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場(chǎng)所）選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。 有些型號(hào)儀表聲稱(chēng)有更高的度,，基本誤差僅（±0.2%～±0.3%）R,，但有嚴(yán)格的安裝要求和參比條件，例如環(huán)境溫度20～22℃,，前后置直管段長(zhǎng)度要求分別大于10D,3D（通常為5D,2D）甚至提出流量傳感器要與前后置直管組成一體在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn),，以減少夾裝不善的影響。因此在多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo),，要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說(shuō)明書(shū)做綜合分析,。 市場(chǎng)上EMF的功能差別也很大，簡(jiǎn)單的就只是測(cè)量單向流量,，只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表,；多功能儀表有測(cè)雙向流、量程切換,、上下限流量報(bào)警,、空管和電源切斷報(bào)警、小信號(hào)切除,、流量顯示和總量計(jì)算,、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等,。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片（ASIC）,，以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS,、Modbus,、CONFIG、FF現(xiàn)場(chǎng)總線等,。
6.3寶德BURKERT電磁流量計(jì)流速,、滿度流量、范圍度和口徑
選定儀表口徑不一定與管徑相同,，應(yīng)視流量而定,。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5～3m/s,。EMF用在這樣的管道上,，傳感器口徑與管徑相同即可,。 EMF滿度流量時(shí)液體流速可在1～10m/s范圍內(nèi)選用，范圍是比較寬的,。上限流速在原理上是不受限制的,，然而通常建議不超過(guò)5m/s，除非襯里材料能承受液流沖刷,，實(shí)際應(yīng)用很少超過(guò)7m/s，超過(guò)10m/s則更為罕見(jiàn),。滿度流量的流速下限一般為1m/s,，有些型號(hào)儀表則為0.5m/s。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系,，從測(cè)量精度角度考慮,，儀表口徑應(yīng)改用小于管徑，以異徑管連接之,。用于有易粘附,、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體,，選用流速不低于2m/s,，提高到3～4m/s或以上，起到自清掃,、防止粘附沉積等作用,。用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于2～3m/s ,，以降低對(duì)襯里和電極的磨損,。 在測(cè)量接近閾值的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s）,，因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加,，而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。 EMF的范圍度是比較大的,，通常不低于20,，帶有量程自動(dòng)切換功能的儀表，可超過(guò)50～100,。國(guó)內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到3000mm,，隨然實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多，但與大部分其他原理流量?jī)x表（如容積式,、渦輪式,、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等）相比，大口徑儀表占有較大比重,。某企業(yè)近萬(wàn)臺(tái)儀表中,，50mm以下小口徑,、65～250mm中口徑、300～900mm大口徑,、1000mm以上超大口徑分別占37%,、45%、15%和3%,。
6.4液體電導(dǎo)率
使用EMF的前提是被測(cè)液體必須是導(dǎo)電的,，不能低于閾值（即下限值）。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差直至不能使用,，超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)量,，示值誤差變化不大，通用型EMF的閾值在10-4～（5×10-6）S/cm之間,，視型號(hào)而異,。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長(zhǎng)度及其分布電容，制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長(zhǎng)度,。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測(cè)電導(dǎo)率低至5×10-8S/cm的液體,。 工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4S/cm，酸,、堿,、鹽液的電導(dǎo)率在10-4～10-1S/cm之間，使用不存在問(wèn)題,，低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問(wèn)題,。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過(guò)低就不能使用。表1列出若干液體的電導(dǎo)率,。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低,，認(rèn)為不能使用，然而實(shí)際工作中會(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實(shí)例,，這類(lèi)雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利,。對(duì)于水溶液，資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的,，實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比,，電導(dǎo)率將比查得的要高，也有利于流量測(cè)量,。
寶德BURKERT電磁流量計(jì)： 吳海鳳
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