電磁(cí)流量計 從40年代後(hou)期開始在滬工業(yè)上應用以來,經過(guo)較長一段時期的(de)實踐和推廣,已爲(wei)廣大用戶認識其(qí)優🏃越性能,例如無(wu)阻流元件和幾乎(hū)沒有阻力損失,流(liú)場影響小和直管(guǎn)段要求低等。尤其(qí)在測量含有固體(tǐ)順粒或🏃🏻‍♂️纖維的液(yè)體時,解決了許多(duō)過去傳統流👌量儀(yí)表無法測量的問(wèn)題。經過幾代産品(pǐn)的改進,電磁流量(liang)計的性👌能日臻完(wán)善,近10年銷告量迅(xùn)速增加,其銷售金(jīn)額名次在8大類流(liu)量儀表〔差壓式、浮(fú)(轉)子式、容積式、電(diàn)磁式、渦🍓輪式、質量(liang)式、旋渦式,超聲波(bō)式1中已屬于第三(san)、四位。
一、生産和應(yīng)用概況
　　工業發達(da)國家由于社會上(shang)有較多的需要量(liang),因此都有一定數(shu)量(近10~20、30家)的工廠生(shēng)産電磁流量計。1983(1984)年(nián)間☂️日本、美國、西歐(ōu)電磁流量計銷售(shou)金額已分别占流(liu)量儀表銷售總🥵額(e)的16.3%、12.5%、13.5%,其年産量估計(jì)爲4~5.5萬台。伯75年日本(běn)電隴流💯量計社會(huì)💚擁有量3.5萬台,到1983年(nián)爲10萬台,8年間擁有(you)量年平㊙️均增長14%,按(an)此❄️推算1983年年産量(liàng)爲1.2萬台。從這些數(shù)據可☀️以👅看到國外(wài)電磁🥰流量計的生(sheng)産和應用已有較(jiào)大規模🚩。
二、新型儀(yi)表發展動态
　　工業(yè)上通用的電磁流(liu)量計國外發展到(dao)現在呈現二種發(fa)展趨勢。一種趨勢(shì)是向普及化方向(xiang)發展,即性能适中(zhong),傳感器小型輕🥵量(liang)并與轉換器連在(zài)一起💰,使用簡便,價(jià)格相對便👄宜的普(pu)及型儀表,國外有(you)人聲稱其綜合價(jià)格能🌏與傳統差壓(yā)式流量儀表挑戰(zhan)🔞(包括引壓連接管(guan)等安裝費);另一種(zhǒng)趨😘勢是向精度🙇‍♀️高(gāo)多功能方向發展(zhǎn)的高性能💃儀表。

1.普(pu)遍采用低頻矩形(xíng)波激磁。70年代後期(qi)國外各制造廠紛(fēn)紛以😄低頗(50H,的1/2~1/32)矩形(xíng)波激磁方式代替(tì)使用近30年的市電(dian)交流激磁方式,現(xiàn)在已很少有市電(dian)交流激磁的電磁(cí)流量㊙️計商品💞。矩形(xíng)波激磁克服了市(shì)電交流激磁的缺(quē)點,使儀表不存在(zai)液體中随機性潤(rùn)電硫幹擾電勢。低(di)頻矩形波激磁的(de)儀表㊙️零點穩定,爲(wèi)🈚提高儀表精度打(da)下基礎。交流激磁(cí)的儀表安裝在電(dian)極易附着異物或(huò)污染(如排放污水(shui)、紙漿液等)的場所(suo)極易帶來零點㊙️和(hé)指示值變化,用低(dī)🏃‍♂️頻矩形波激磁儀(yí)表後可大爲改✔️善(shàn)。
2.高精确度化。在測(cè)量範圍内基本誤(wu)差國外從滿量程(chéng)的l%(即l%F.S)提♻️高到側量(liang)值的1%(即l%R),也有按測(ce)量範圍分段提高(gao)到0.5%R,更甚者♻️提高到(dào)0.1%R+0.1%F.S。
　　過去流量儀表的(de)瞬時流量(或稱流(liú)量率)的基本誤差(chà)一🚩般以滿🥰量程的(de)百分比計算,在低(dī)流量時如按實際(jì)流量百分比計算(suan)誤差,其值就要大(dà)得多。如圖1所示,線(xian)A就是過🌏去通常采(cai)用l%F.S,轉⭐化到按實際(ji)流量計算的最大(da)允許誤差曲線時(shí),如指示流量在50%F.S時(shí),則最大容許誤差(chà)爲2%R,在功%.FS時則高達(da)10%。線B是流量在10%~100%FS時,誤(wu)差爲1%R和流量<10%F·S時誤(wù)差爲0.1%F·S時的最大允(yǔn)許誤’差曲線。線C是(shi)目前采用得較爲(wèi)普追的誤差曲線(xian)📧,流量在50%~100%F·S時誤差爲(wèi)0.5%R,流量<50%時誤差爲0.25%F.5。從(cong)圖l中可以看到與(yǔ)過去儀表相比,低(di)流量時測量精度(dù)顯著提👅高。這是由(you)于采用低頻矩形(xing)波磁零點穩定性(xing)大爲改善所緻。

　　表(biǎo)2所列是滿量程流(liu)量的流速李lm/s時,國(guo)外若幹制造廠目(mù)前實🈲現的基本誤(wu)差指标。但在與外(wai)國制造廠🧡商技術(shu)座談談🌏到精⭐度問(wèn)題時,有人說雖然(rán)某些制造廠樣✨本(běn)發表了第5項基本(běn)誤差計算方法〔土(tu)(0.1%R+0.1%F·S)〕,但實際上還碰到(dao)一些麻煩。
3.功能增(zēng)加。爲滿足用戶不(bu)同需要,各制造廠(chang)在電磁流✨量計上(shang)增加了許多功能(neng)。尤其在轉拳部分(fen)的電路中普遍采(cai)用微處理器(拼p)後(hou),在高性能儀表中(zhong)則增添了更多功(gong)能。
(1)量程設定、多量(liang)程外部切換和内(nèi)部自動切換國外(wai)新穎的電磁流量(liang)計都能夠不實流(liú)标定而改變量👄程(chéng)。當電磁♊流量傳感(gan)器在流量實流标(biao)定裝置上以某一(yi)流量(髻如說在lm/s流(liú)速時的流量)标定(dìng)後,求得該傳感器(qì)的🙇🏻儀表常數⛹🏻‍♀️,轉換(huan)器即以此常數💃🏻設(she)定就可使用。如要(yao)改變流量範圍,可(kě)通過調整轉換部(bu)分中童程電位器(qì)就可以。高性能儀(yi)表通常用3~4位十🌏進(jin)制數字電位器設(shè)定,也有用🆚分頻方(fang)法改變流量範圍(wei)☎️,如Korhc1[公司T900F型轉換器(qì)用🤞4位數字輪改變(bian)電路的分孩系♻️數(shù),在規定的範圍内(nei)作任意值🧡設定。其(qí)優點是可克☔服由(you)電位器的非線性(xing)帶😘來的誤差,提高(gao)🙇🏻擴大或編小流,範(fan)圍的⛱️精确度。普及(ji)型儀表也有用改(gai)變端子接線的方(fāng)法,以x2、x4和x8倍數改變(biàn)流量範圍。高性能(neng)型儀表因此也可(kě)以由用戶自己設(shè)定不同容積單位(wei),如☂️立方來、升、加侖(lun)等,流量單位如立(li)方米/時、升/分、加侖(lun)📐/分等。

　　流量大幅度(du)變化的使用場所(suǒ),如能按照所側流(liu)t大小改變流✌️量範(fàn)圍(滿量程流量),可(ke)以提高側t精确度(du)。在許多高🚶性能儀(yi)表中設有量程切(qie)換功能。有利用外(wai)部觸點信号來切(qie)換量程的,最多能(neng)🔞切換四個流💁量範(fàn)圍;内💋部自動切換(huàn)有雙量程和三量(liang)程。圖2所示🌈是雙量(liang)程切換例,設流量(liang)範圍0~100m3/h,雙量程所設(she)定低量程爲30 m3/h,高量(liang)程爲100m3/h。當流量開始(shǐ)從零漸漸增加,先(xian)沿低⭐量程線上升(sheng),當增🐆加到97%(約29m3/h時,自(zi)動切換到高量程(cheng)線。相反流量從100 m3/h沿(yan)高量程線減小到(dao)約24 m3/h (商量程輸出的(de)24%)時,自動切換到低(dī)量程🔴線輸出80%的地(dì)方。

　　如以表2第3種計(jì)算流量24 m3/h的最大允(yǔn)許誤差,以單一量(liàng)💞程方式(即與高量(liang)程線,相同)爲0.25 m3/h,以雙(shuāng)量程自動切換㊙️則(zé)降低到0.12 m3/h。如流量在(zài)♻️15 m3/h時,則最大允許誤(wu)差從0.25 m3/h降低到🌈0.075 m3/h。
(2)正向(xiàng)/反向流自動切換(huan)高性能儀表中常(chang)設有能測量正👄向(xiàng)/反向雙向流的流(liu)量測量線路,以适(shì)應計量有雙向流(liú)動的使用場所。流(liu)量一輻出如圖3所(suo)示,正方向流量設(shè)定💜在較高量程,反(fan)方向流量設定在(zài)較💰低量程,切換流(liú)量以零流量爲中(zhōng)心。爲防止切換時(shí)産生振蕩現象(即(jí)切換頻繁),可設百(bai)分之幾的滞遲區(qu),例如圖3所👉示爲愉(yu)出信号的-1.5%,當流量(liang)下降到反方🏒向的(de)1.5%時才向反方向切(qie)換。積算方式如圖(tú)4所示,有正方向流(liú)量和反方向流量(liàng)分開積算方🌏式和(hé)差流量👨‍❤️‍👨積算方式(shì)兩種。

(3)輸出信号多(duo)樣化高性能儀表(biao)信号摘出多樣:有(yǒu)模拟量翰出,電流(liu)4~20mA、電壓l~5V.DC;有頻率可設(she)定的脈沖愉出,頗(pō)率從小于l到1000PPS,有上(shàng)下限報🔞警愉出;有(yǒu)上文所述正反🏃🏻流(liu)量方向接點❗和自(zì)動多量程接點輸(shū)出等。有些儀表除(chú)了轉換器摘出信(xin)号功能外,還直接(jie)設有4~6位數字顯示(shì)瞬時流量和積算(suan)總量。
(4)自診斷功能(néng)電磁流量計裝上(shàng)μP後還可監測儀表(biao)工作狀态🙇🏻,診斷出(chū)現的異常狀态,如(ru)愉入信号異常(測(cè)量管中空💯無液⭕體(ti),輸入信‼️号過大),信(xìn)号線或激磁線圈(quān)短路🔞或斷線,誤設(shè)定參數, μP工作異常(cháng)等。
(5)按不同使用對(dui)象适用不同激磁(cí)方式電導率較高(gāo)的純♻️液相液體一(yi)般采用較低頻率(lǜ)(市電的l/8~l/32)矩形波激(jī)磁電流⛱️且是三值(zhi)(正一零一負丫零(ling))激磁方式,以獲得(dé)較♌好零點穩定性(xing)。但是在測量導電(diàn)率較低(10-4s/cm以下)的液(ye)體🔞時,電極的🔴電化(huà)學電位定期變動(dòng),産生l/f噪聲(f爲頻率(lǜ)),因㊙️此要适當提高(gāo)頻率,以改善信噪(zào)比(S/v)。另外,在測量含(han)有固體顆粒或纖(xiān)維的漿液時,固相(xiang)擦過電極表面,使(shǐ)電極面的🈚接觸電(dian)位突然變化,物出(chu)🌈信号出現尖峰狀(zhuang)噪聲。這種異常尖(jian)峰🌂噪👌聲雖有采用(yòng)流量值與平均值(zhí)比較棄舍的流量(liang)率限制(Ratelim!t)方法處理(li)之`日,,但還是要适(shì)當提高激磁頻率(lü)✨以改善性能。低電(diàn)導率液體和漿液(yè)的🙇🏻矩形波激磁頻(pin)率有采👉用市電頻(pín)率的1/2,當然這樣要(yao)犧牲🐉一些零點穩(wen)定性㊙️。因此用戶㊙️可(kě)以按照不同介質(zhi)條🤩件選用适宜的(de)激磁方式和頻率(lǜ)👣的儀表。
4.小型、輕量(liang)和一體型。一傳統(tong)電磁流量計通常(cháng)由傳❌感器和轉換(huàn)器二部分組成。傳(chuán)感器體型和重量(liàng)随着原理上和設(she)計結構上💜的改進(jin),一代比一代小巧(qiǎo)。近10年傳感器兩連(lian)接法蘭間長度縮(suo)短了l/2~1/3,不帶法蘭的(de)結構,甚🔱至縮短到(dao)⛹🏻‍♀️1/10。以25mm口徑傳感器爲(wèi)例🔴,連接法蘭間長(zhǎng)度從最早450mm縮短到(dào)170mm,發展到現在無法(fǎ)蘭結構兩‼️端面間(jian)長度僅80~90mm,甚至隻有(you)50餘mm;重量從30~40kg下降到(dao)18~20kg,而無法蘭結構僅(jǐn)5~6比。無法蘭結構适(shi)用于小口徑傳感(gǎn)器,它♋利用管道法(fa)蘭直接🌈夾持住。再(zai)看中型口🧡徑150mm傳感(gan)器🌏,長度也從前不(bú)久已縮短到400mm再🏒縮(suo)短到無法蘭結構(gou)160~200mm,重量也從35~40kg減輕到(dao)15~20kg。
傳感器大幅度縮(suō)小體型和減輕重(zhòng)量的主要原因是(shi)❗采用了低頻矩形(xing)波激磁後抗幹擾(rao)性能提高以及電(dian)子技術的進步。因(yin)此對可檢測出的(de)最小流量信号的(de)幅值要求降低🤟,流(liu)速每❓秒米産生的(de)流量信号從早期(qī)l~1.5mV減小到0.4mv,甚至到0.2mv。這(zhè)樣設計磁系統時(shi)就可♉成倍降低磁(cí)通密度,從而減小(xiǎo)了磁系統尺寸和(hé)激磁線圈,同時㊙️也(ye)降低了電功率消(xiāo)耗。又由于采用低(di)😍頻矩形波🌍激磁,不(bú)存在原市電交流(liú)激磁存在的磁🈚路(lu)鐵磁件的渦流問(wèn)題,大大簡化了磁(ci)☎️路結構設計🌐,有些(xie)磁路結構就直接(jiē)🏒利用傳感器鐵磁(ci)性外殼,不另行設(shè)置磁扼回路。
　　電子(zi)技術的高度集成(cheng)化,使轉換器的外(wai)形也大幅度🐕縮小(xiao),同時有可能使轉(zhuan)換器和傳感器裝(zhuang)在一起,即爲一體(ti)型創造了條件。省(sheng)卻了分率型傳感(gǎn)器和轉換器之間(jian)的🏒連線,簡化了安(an)裝,方便了用戶。
以(yi)上這些使電磁流(liu)量計有可能向輕(qīng)小簡廉的方向發(fa)展,降低成本而成(chéng)爲一種普及型儀(yí)表。
5.傳感器型式與(yǔ)應用多樣。前述功(gōng)能增加是儀表整(zhěng)體🏃🏻的功♉能增加,均(jun)由轉換器部分來(lái)完成。、然而電班流(liu)量傳感器結構型(xíng)式也随着不同應(ying)用場所的需要而(er)多樣化。傳統管道(dào)連接式傳感器🌈除(chú)了上文提到向輕(qīng)小🐅方向發展🔅的無(wú)法蘭結構型外🌂,還(hái)有用于監測高爐(lu)風口冷卻水洩♋漏(lòu)的雙管型傳感器(qi),食品🏃🏻工業用易清(qīng)💘洗耐經常通蒸汽(qi)消毒要求的衛生(shēng)型傳感器。衛生型(xing)傳感器的測墾通(tong)道中應無漪留空(kōng)隙,嚴格控制側量(liàng)介💃質的附着和殘(cán)留,因此電極采用(yòng)内插式;此外爲便(bian)于拆卸清洗,連接(jie)法蘭采用隻需闆(pǎn)動一次就能卸下(xià)的lD(F國際乳農聯合(hé)🏃‍♀️會)标準央緊器。
　　除(chu)管道連接傳感器(qi)外、還有大管徑用(yong)插入式傳感器,從(cong)較小口徑(50~250mm)圓筒型(xing)傳感器抽入大管(guǎn)道中,側量管道中(zhōng)局部流🚶量來推算(suàn)整體流量,雖然在(zài)測且精度上要有(yǒu)所下降,但投資費(fei)用有較大🔞的減省(sheng)。插入式傳感器中(zhōng)還有一種平面形(xing)電磁流量監控器(qi)””,,它不是連續愉出(chū)流量信号而是設(shè)定在流速0.5~sm/s中任一(yi)流速值,流速超過(guo)或低于此值,即發(fā)出開關信号。
還有(yǒu)适合于廢污水排(pái)放的明渠用潛水(shuǐ)式電磁流量傳感(gan)器。
6.多種電極表面(miàn)異物消除裝置。電(dian)磁流量計雖适用(yòng)于漿🤞液和🏃🏻‍♂️廢污水(shuǐ),然而電極上沉積(ji)過多污物或結垢(gòu)還是要影響📧使用(yòng)💃🏻。采用将傳感器拆(chāi)下管道清洗,對用(yong)戶來說是很不方(fāng)便。爲此發展帶有(you)定期手動或電機(jī)帶動刮闆的電極(ji),以清除電極表面(miàn)沉積物或結垢層(ceng),裝🌈有超聲波換能(néng)器的電極,以擊碎(sui)電極表面的結垢(gòu)層;有用兩電極間(jiān)通低電壓大電流(liú)以焚燒積聚于電(diàn)極表面的油脂;有(yǒu)不💞停流外插式可(kě)換電極等。以上這(zhè)些措施都是爲了(le)克服💁應用上的障(zhang)礙,以擴❤️大使用場(chang)所。
7.性能優異的陶(tao)瓷襯裏。過去聚四(si)氟乙烯塑料是傳(chuán)感器㊙️襯裏材料中(zhōng)耐腐蝕性最爲優(yōu)異的品種,然而附(fu)磨性不好,而且由(yóu)于是貼附在測量(liàng)管内壁,不能🐪用于(yu)負壓管道,此外在(zài)電極引出處易産(chan)生液體外💋漏故障(zhang)。現在國外普遍采(cǎi)用可注塑改性🐆氟(fu)塑料,在🌈側量管上(shàng)開雞尾形槽等😄以(yǐ)增強注塑附着性(xing),有些工廠還在注(zhu)☎️塑層中嵌進金屬(shu)網成有孔金屬薄(bao)闆進一步增加強(qiáng)度😍。但它們的耐磨(mó)性較差,不适宜用(yòng)于礦漿液。國内外(wai)用💰得較普追的聚(jù)氨❌酣橡膠有極好(hao)的耐磨性,然而耐(nai)腳蝕性較差,不适(shì)用于濕法冶煉中(zhong)帶強腐劑的💔礦漿(jiang)液。近年國外開發(fā)🚩出一種具👅有耐磨(mó)性和耐腐蝕性都(dou)非常優異的三氧(yǎng)化二鋁陶瓷襯裏(lǐ),白金電極燒結☔在(zai)陶瓷襯裏内,密封(feng)性可靠。這是目前(qián)電班流量傳感器(qì)中能耐最嚴酷條(tiáo)件(腐蝕性、磨耗性(xìng))的襯🧑🏽‍🤝‍🧑🏻裏材料。
三、應(ying)用多樣化
　　現在電(diàn)磁流量計除了管(guǎn)道連接式傳感器(qi)外,已發展了插入(ru)式和潛水式傳感(gǎn)器,應用領域已不(bu)再局限于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻封閉管(guan)道而有所擴🐉大,如(rú)敞開非滿管管道(dao)和明渠等。
1.側下水(shuǐ)道排水流量。2025年12月(yuè)我國公布了《水污(wu)染防治法熟規🙇🏻定(dìng)污水排放單位要(yao)申報排污物的種(zhong)類,數量和濃度,這(zhè)樣就需要測量污(wu)水排放墾。蔔水道(dào)排水是利㊙️用管道(dào)坡度的自然流,不(bu)能以通常工業用(yòng)📱封閉管道電磁流(liu)量⭐傳感器安裝方(fāng)式應用于蔔水道(dao)。可以采用小于下(xià)水道👅管徑,按正常(cháng)最大排水量選定(ding)合适口徑的傳感(gǎn)器,如圖5所示安裝(zhuang)在陰井内。陰井置(zhi)有三室,傳💰感器裝(zhuāng)在中間一室,位置(zhi)低于下水道。排水(shuǐ)從進水管✔️了進入(rù),水位積聚到其标(biāo)高超過出水口标(biao)高時,水就排放出(chū)去,儀表就能測量(liang)其⛹🏻‍♀️流量。當遇到暴(bào)雨時,水流來不及(ji)按箭頭A`所示方向(xiang)經傳感器排放,進(jìn)口室水位上開,便(bian)按箭頭6所示方向(xiang)經洩洪管排出。

2.測明渠流(liu)最。用電磁流量計(ji)測明渠流量有兩(liang)種方式,一種❤️是在(zai)明渠适當位置裝(zhuang)插入式傳感器,測(cè)得流過傳感器的(de)局部⛷️流量(折算成(cheng)流速),再用液位計(ji)測得随着流量大(da)小而🈲變的液位高(gāo)度,求得流通面積(jī),流速乘以面積和(hé)一定的系數,即可(ke)得明渠的流☂️量;另(lìng)一種是以擋闆等(deng)在☎️明渠中間截流(liú),在擋闆上裝潛水(shui)式傳感器,摧流通(tōng)過傳感器便可測(ce)得流量✊。兩種方法(fǎ)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼相比,前者的優點(dian)是不會擡高明渠(qú)水位,但要與液位(wei)雲十配合運算比(bǐ)較複雜,後者的優(you)點是比較簡單的(de),但要擡高擋闆🌍前(qián)明渠液位0.2~0.5m。
四、新技(ji)術動态
　　 導電管壁(bi)電磁流量計 傳統(tong)電磁流量傳感器(qì)側量管内壁應該(gai)是非導電的,防止(zhǐ)所産生的感應電(dian)勢即流量信号短(duan)路,所以金屬測量(liàng)管内壁都襯以絕(jué)緣層。
　　通過加上與(yu)液體流速成正比(bi)的電流形成一種(zhǒng)管壁🤩電位分💋布,且(qie)使管壁電位分布(bu)與流體中的流量(liàng)感應電位幾乎一(yī)緻。這樣,流體與管(guan)壁交界處就無電(dian)流通過,從而使物(wu)出信号與普通流(liu)量計的情況相同(tong)。

　　圖6(a)所示(shì)是無襯裏電磁流(liú)量計研究模型的(de)流量檢側部分;圖(tu)6(b)是測量原理和電(diàn)路方框圖。液體在(zài)磁場B下流過,在信(xin)号電極🈲産生電壓(yā)VI,伺服放大器對應(ying)于❌v、通過電流電極(jí)在側量管内流過(guò)電流,在管壁内形(xíng)成VZ,其值由電位電(diàn)極檢測出來。爲使(shǐ)V、和VZ平衡,組成伺服(fú)系統,測出信号電(diàn)極間電壓即流量(liàng)信号。模型儀表采(cai)用低頻(50/16Hz)等📱幅矩形(xíng)波電流來激勵磁(cí)場,其餘電路和常(cháng)規低頻激⛷️磁電磁(ci)流量計的電路幾(ji)乎相等🎯,包括差分(fèn)放大器,采樣定時(shi)直流恒流電源等(děng)。?

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