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电磁流量计在化工生产中的应用流量计是如何工作的

时间：2020-08-04 来源：仪多多仪器网作者：仪多多商城

电磁流量计在化工生产中的应用 流量是化工生产中重要的测定参数之一，就测量导电液体流量而言，不管目的是监控还是计量，EMF都能做到测量稳定、可靠、精度高、易维护。在仪表选型和使用时，笔者结合实际应用总结一些要点介绍给大家供参考。 1 EMF的工作原理
EMF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运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，在EMF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，则会产生感应电势，由管道内部的两个电极测量并引出感应电压。测量管道通过不导电的内衬(橡胶，特氟隆等)实现流体与测量电极的电磁隔离。假设电磁感应线圈产生磁场强度B(T)为恒定，产生的感应电压Ue(V)正比于流体平均速度V(m/s)，系数为k，测量管内径L(m)为已知，则体积流量Qv(m3/s)可通过如下公式计算： 2EMF的特点
1)结构简单，EMF的测量管道是一段无阻流扰动件或节流件的光滑直管，不易发生堵塞、磨损等问题。因此，EMF特别适用于含固体颗粒或纤维的液固两相流体，如纸浆、泥浆、矿浆、煤水浆和污水等。 2)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。
3)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。
4)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。
5)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。
6)耐腐蚀性能好，使用可靠，维护方便，寿命长。
但是，EMF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；受衬里材料和电极绝缘材料的温度限制，不能测量较高温度的液体。
3EMF的选型考虑要点
在石油化工设计中，要选择适合的流量仪表要考虑的因素很多，具体到EMF的特点，重点要求考虑四个方面的因素，即仪表性能、流量特性、安装条件和环境条件。
3.1仪表性能
市场上EMF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专用芯片(ASIC)，以连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、FF现场总线等。
EMF的口径范围比其他品种流量仪表宽，如E+H公司提供W、P、H三种类型的传感器，分别应用于水和污水行业(W型)，化工、食品行业(P型)，食品、制药行业(H型)，口径范围从2毫米到2米。变送器可提供10、50、23、53多种选择，10针对于水行业开发的经济型，50为普通型，53为增强型，23为两线制。精度可有0.5%，0.2%两种选择。可测正反双向流量，也可测脉动流量。
用于易粘附、沉积、结垢等介质，流速要求应不低于2m/s，可以提高到3～4m/s或以上，起到自清洗、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨蚀性强的流体，流速应低于2～3m/s，以降低衬里和电极的磨损。衬里、电极和接地环材料的选择也很关键，可查阅适合不同介质的有关“材料手册”，如《自控常用材料器件手册》。
3.2流体特性
使用EMF的前提是被测液体必须是导电的，不能低于阈值(即下限值)。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型EMF的阈值在10-4～(5×10-6)S/cm之间，视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。
工业用水及其水溶液的电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐液的电导率在10-4～10-1S/cm之间，使用不存在问题，低度蒸馏水为10-5S/cm也不存在问题。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低，认为不能使用，然而实际工作中会遇到因含有杂质而能使用的实例，这类杂质对增加电导率有利。对于水溶液，资料中的电导率是用纯水配比在实验室测得的，实际使用的水溶液可能用工业用水配比，电导率将比查得的要高，也有利于流量测量。
3.3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
3.4环境条件
一般仪表应用于爆炸性危险环境应按标准GB3836.1《爆炸性环境电气设备通用要求》的规定，选择适应使用场所环境的气氛、爆炸性混合物的分级分组、设备类型以及其他安全规则或标准的仪表。另外，外界磁场、电气干扰、环境温度和湿度也是EMF选型的考虑要点。
4结束语
EMF使用方便，维护量小，主要是电极的清洗和更换，也有无电极型的EMF几乎无需维护。当然对EMF定期进行在线标定和检查也是非常必要的。只要对EMF性能、特点有了全面深入的了解，有了应付各种工况的策略，EMF一定会成为化工测量中的得力助手。

电磁流量计使用中的常见故障，有的是由于仪表本身元器件损坏引起的故障，有的是由于选用不当、安装不妥、环境条件、流体特性等因素造成的故障，如显示波动、精度下降甚至仪表损坏等。它一般可以分为两种类型：安装调试时出现的故障（调试期故障）和正常运行时出现的故障（运行期故障）。
   （1）调试期故障调试期待故障一般出现在仪表安装调试阶段，一经排除，在以后相同条件下一般不会再出现。常见的调试期故障一般由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。
    1）安装方面通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障，常见的如将传感器安装在易积聚气体的管系点；或安装在自上而下的垂直管上，可能出现排空；或传感器后无背压，流体直接排入大气而形成测量管内非满管。
    2）环境方面通常主要是管道杂散电流干扰，空间强电磁波干扰，大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好的单独接地保护就可获得满意结果，但如遇到强大的杂散电流（如电解车间管道，有时在两电极上感应的交流电势峰值Vpp可高达1V），尚需采取另外措施和流量传感器与管道绝缘等。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护。
    3）流体方面被测液体中含有均匀分布的微小气泡通常不影响电磁流量计的正常工作，但随着气泡的增大，仪表输出信号会出现波动，若气泡大到足以遮盖整个电极表面时，随着气泡流过电极会使电极回路瞬间断路而使输出信号出现更大的波动。
低频方波励磁的电磁流量计测量固体含量过多浆液时，也将产生浆液噪声，使输出信号产生波动。
测量混合介质时，如果在混合未均匀前就进入流量传感进行测量，也将使输出信号产生波动。
电极材料与被测介质选配不当，也将由于化学作用或极化现象而影响正常测量。应根据仪表选用或有关手册正确选配电极材料。
    （2）运行期故障运行期故障是电磁流量计经调试并正常运行一段时期后出现的故障，常见的运行期故障一般由流量传感器内壁附着层、雷电打击以及环境条件变化等因素引起。
    1）传感器内壁附着层由于电磁流量计常用来测量脏污流体，运行一段时间后，常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。若附着物为绝缘层，则电极回路将出现断路，仪表不能正常工作；若附着层电导率显著高于流体电导率，则电极回路将出现短路，仪表也不能正常工作。所以，应及时清除电磁流量计测量管内的附着结垢层。
    2）雷电打击雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流，使仪表损坏。它主要通过电源线或励磁线圈或传感器与转换器之间的流量信号线等途径引入，尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。
    3）环境条件变化在调试期间由于环境条件尚好（例如没有干扰源），流量计工作正常，此时往往容易疏忽安装条件（例如接地并不怎么良好）。在这种情况下，一旦环境条件变化，运行期间出现新的干扰源（如在流量计附近管道上进行电焊，附近安装上大型变压器等），就会干扰仪表的正常工作，流量计的输出输出信号就会出现波动。