大口徑電磁流量計(jì)DN150

一、概述

電磁流量計(jì)（Electromagnetic Flowmeter，簡(jiǎn)稱EMF）是一種基于法拉第電磁感應(yīng)定律測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的感應(yīng)式儀表-12。它于20世紀(jì)50至60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來，憑借無壓損、高精度、寬量程等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、冶金、給排水、制藥、造紙等眾多工業(yè)領(lǐng)域-12-。

二、工作原理

2.1 基本原理

電磁流量計(jì)的測(cè)量原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)-。

具體到電磁流量計(jì)中，當(dāng)導(dǎo)電液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體切割磁力線，在管道兩側(cè)的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)--2。該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、管道內(nèi)徑D及液體平均流速v成正比，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為--2：

E = K · B · D · v

其中：

E —— 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（V）

K —— 儀表常數(shù)

B —— 磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）

D —— 管道內(nèi)徑（m）

v —— 液體平均流速（m/s）

2.2 流量與電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系

設(shè)體積流量為Qv，管道截面積為πD2/4，則Qv = v · πD2/4。代入上式可得-2：

Qv = (πD / 4KB) · E

由上式可知，在管道直徑D固定且磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變時(shí)，被測(cè)體積流量與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)呈線性關(guān)系-2。也就是說，只要測(cè)出電極間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，就可以準(zhǔn)確計(jì)算出流經(jīng)管道的導(dǎo)電液體體積流量-1。

2.3 測(cè)量條件

要使上述原理嚴(yán)格成立，需要滿足以下假定條件-2：

磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng)

被測(cè)流體的流速呈軸對(duì)稱分布

被測(cè)液體為非磁性的

被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性

三、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與組成

電磁流量計(jì)主要由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩大部分組成-9-42。傳感器安裝于測(cè)量管道上，轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)信號(hào)處理與數(shù)據(jù)顯示-35。具體結(jié)構(gòu)包括以下六個(gè)部分--12：

3.1 磁路系統(tǒng)

磁路系統(tǒng)的作用是產(chǎn)生均勻的直流或交流磁場(chǎng)-12。直流磁路采用磁鐵實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但易使電解質(zhì)液體產(chǎn)生極化現(xiàn)象；因此工業(yè)電磁流量計(jì)通常采用50Hz工頻電源激勵(lì)產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)-12-9。勵(lì)磁線圈的結(jié)構(gòu)型式因?qū)Ч芸趶讲煌兴町?，常見為馬鞍形繞組結(jié)構(gòu)-。

3.2 測(cè)量導(dǎo)管

測(cè)量導(dǎo)管的作用是讓被測(cè)導(dǎo)電液體通過-9。為使磁力線順利通過而不被分流或短路，測(cè)量導(dǎo)管必須采用不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率的材料制成，如不導(dǎo)磁的不銹鋼、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料、鋁等-12。

3.3 電極

電極安裝在測(cè)量管軸線和磁場(chǎng)磁力線相互垂直的管壁上，其作用是引出與被測(cè)量成正比的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)--6。電極一般用非導(dǎo)磁的不銹鋼制成，要求與襯里齊平，安裝位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆積影響測(cè)量精度-12。

3.4 襯里

襯里是測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)側(cè)及法蘭密封面上的一層完整的電絕緣層-12。它的作用是增加測(cè)量導(dǎo)管的耐腐蝕性，更重要的是防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量導(dǎo)管管壁短路-1-9。這是電磁流量計(jì)能夠正常工作的最關(guān)鍵條件之一-1。常用襯里材料包括：

聚四氟乙烯（PTFE） ：耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及各種有機(jī)溶劑，適用溫度-80～+180℃-1

氯丁橡膠：耐磨性好，適用于水、污水、泥漿等，適用溫度＜80℃-1

聚氨酯橡膠：耐磨性能，適用于煤漿、泥漿等，適用溫度＜40℃-1

天然橡膠/耐酸橡膠：適用于一般酸堿介質(zhì)-1

3.5 外殼

外殼采用鐵磁材料制成，是勵(lì)磁線圈的外罩，同時(shí)起到隔離外界磁場(chǎng)干擾的作用--12。

3.6 轉(zhuǎn)換器

由液體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)十分微弱（毫伏級(jí)），受各種干擾因素影響很大-9。轉(zhuǎn)換器的作用就是將電極檢測(cè)到的微弱感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如4～20mA電流信號(hào)、頻率信號(hào)等），同時(shí)抑制主要的干擾信號(hào)-12-2。

四、產(chǎn)品特點(diǎn)

4.1 主要優(yōu)點(diǎn)

1. 測(cè)量通道，無壓損

電磁流量計(jì)傳感器內(nèi)部沒有可動(dòng)部件和節(jié)流部件，測(cè)量管是一段光滑直管，流體通過時(shí)不會(huì)引起附加的壓力損失，節(jié)能效果好--15。

2. 測(cè)量精度高，線性度好

測(cè)量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率（在閾值以上）變化的影響-15-。感應(yīng)電壓信號(hào)與平均流速呈線性關(guān)系，精度通常可達(dá)±0.5%或更高-12-15。

3. 量程范圍寬，適用管徑廣

同一臺(tái)電磁流量計(jì)的量程比可達(dá)1:100甚至1:1500-。工業(yè)用電磁流量計(jì)的口徑范圍極寬，從DN6到DN3000均可實(shí)現(xiàn)-。

4. 耐腐蝕性強(qiáng)

通過選用不同的襯里材料和電極材料（如哈氏合金、鈦、鉭、鉑等），可測(cè)量各種腐蝕性介質(zhì)-15-。

5. 雙向測(cè)量

可同時(shí)測(cè)量正、反兩個(gè)方向的流量，內(nèi)置正向總量、反向總量及差值總量三個(gè)積算器-12-15。

6. 反應(yīng)靈敏，無機(jī)械慣性

電磁流量計(jì)無機(jī)械慣性，響應(yīng)迅速，適用于快速變化的流量測(cè)量-。

7. 適用于含固體顆粒的液固兩相流

由于測(cè)量管內(nèi)部件，不存在堵塞現(xiàn)象，特別適用于測(cè)量紙漿、泥漿、礦漿等含懸浮物和固體顆粒的流體-6-。

4.2 局限性

1. 只能測(cè)量導(dǎo)電液體

電磁流量計(jì)只能測(cè)量電導(dǎo)率大于一定閾值（通常為5μS/cm）的導(dǎo)電液體-15-2。不能測(cè)量氣體、蒸汽、純凈水、石油制品及有機(jī)溶劑等非導(dǎo)電介質(zhì)-15-。

2. 易受電磁干擾

測(cè)量信號(hào)微弱，易受外界電磁干擾影響，對(duì)安裝環(huán)境（遠(yuǎn)離大電機(jī)、變頻器等）和接地要求較高-15。

3. 襯里材料受限

襯里材料的耐溫、耐壓性能有限，不適用于測(cè)量高粘度介質(zhì)（易粘附）-15。

4. 電極污染問題

測(cè)量帶有污垢的粘性液體時(shí)，污垢附著在電極上會(huì)影響測(cè)量精度，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致儀表無法測(cè)量-19。

五、主要技術(shù)參數(shù)

參數(shù)項(xiàng)目典型技術(shù)指標(biāo)

公稱口徑DN6 ～ DN3000-

測(cè)量精度±0.5%、±1.0%（按口徑分）--28

流速范圍0.2 ～ 11 m/s--25

介質(zhì)電導(dǎo)率≥5 μS/cm--28

介質(zhì)溫度-10℃ ～ 180℃（視襯里材料而定）-25-28

公稱壓力0.25 ～ 32 MPa-25-28

輸出信號(hào)4～20mA、頻率輸出、RS485-25-28

通訊協(xié)議MODBUS、HART-25-42

防護(hù)等級(jí)IP65、IP67、IP68-25-28

防爆等級(jí)ExdIICT6 / ExiaIICT6-25

安裝型式一體型 / 分體型-25-35

電源220VAC / 24VDC-25-28

六、應(yīng)用領(lǐng)域

電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于需要測(cè)量導(dǎo)電液體流量的各類工業(yè)領(lǐng)域-：

給排水工程：自來水、循環(huán)水、冷熱水、污水、廢水等-25

化工行業(yè)：酸液、堿液、鹽溶液等腐蝕性介質(zhì)--25

冶金行業(yè)：礦漿、高爐風(fēng)口冷卻水等-

環(huán)保行業(yè)：污水處理、廢水監(jiān)測(cè)-

造紙行業(yè)：紙漿、黑液等-

食品制藥行業(yè)：食品漿液、藥液等-6-

煤炭行業(yè)：煤漿、水煤漿等-25

不適用場(chǎng)合：純凈水、甲醇、乙醇、油類、氣體、蒸汽等非導(dǎo)電性介質(zhì)-25。

七、選型與安裝要點(diǎn)

7.1 選型要點(diǎn)

選型時(shí)需明確以下幾個(gè)關(guān)鍵因素-：

介質(zhì)特性：導(dǎo)電性、腐蝕性、溫度、壓力、是否含固體顆粒

管道規(guī)格：口徑大小、連接方式（法蘭、螺紋等）

安裝環(huán)境：是否防爆、防護(hù)等級(jí)要求

輸出需求：信號(hào)類型、通訊協(xié)議

根據(jù)襯里材料和電極材料的不同組合，可適配不同的介質(zhì)工況-12-42。

7.2 安裝要求

為確保測(cè)量精度，安裝時(shí)需注意-：

上游需保證≥5～10倍管徑的直管段，下游需≥2～5倍管徑的直管段-

避開強(qiáng)電磁干擾源-

垂直管道安裝時(shí)液體流向宜自下而上，水平管道推薦側(cè)裝方式-

變送器須良好接地-19

電磁流量計(jì)以其無壓損、高精度、寬量程、耐腐蝕等突出優(yōu)勢(shì)，已成為工業(yè)導(dǎo)電液體流量測(cè)量的儀表之一。

隨著微處理器技術(shù)、數(shù)字勵(lì)磁技術(shù)和智能通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電磁流量計(jì)在測(cè)量精度、抗干擾能力、智能化程度等方面持續(xù)提升

，在工業(yè)自動(dòng)化與過程控制領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

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