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电磁流量计的结构、工作原理及励磁方式及优缺点

点击次数:566  发布时间:2020-01-06

电磁流量计是无需与测量介质直接接触的流量计,使用过程中重复性好,长期能保证测量的精准度,后期维护方便,是一款使用范围广的主流流量计之一。

电磁流量计是如何测量流量的呢?电磁流量计的工作原理是什么,具有哪些重要意义,在电磁流量计安装是应该注意哪些情况,才能确保电磁流量计可以长期精准的工作。接下来,我们就针对电磁流量计的工作原理来说明下电磁流量计的测量方式是什么,适用于什么介质场合测量,同时安装时候应该注意避免哪些干扰事项。

一、电磁流量计的工作原理

电磁流量计的基本原理是基于法拉第电磁感应定律。电磁流量计在工作时由磁路系统产生直流或交流的恒定磁场,当被测导电液体在通过磁场区域时,会做切割磁力线运动,则会产生感应电势(感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。),电势的方向按“弗莱明右手规则”,感应电动势的大小由下式确定:

Ex=BDv

其中

Ex——感应电动势,单位:V(伏特)

B——磁感应强度,单位:T(特斯拉

D——管道内径,单位:m(米)

V——液体的平均流速,单位:m/s(米/秒)

而测量管道通过不导电的内衬(橡胶,特氟隆等)实现与流体和测量电极的电磁隔离。测量管道上下装有激磁线圈,通过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,引出感应电动势,送到转换器。转换器将获取的各种不同的流量信号进行分析、对比和放大,最终转换成为标准的信号输出给积算仪,积算仪通过对信号的处理,将测得的流量在仪表上显示,并对测量结果进行一定的记录。

二、电磁流量计结构

电磁流量计的结构主要有:磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里、转换器等

它们分别有什么作用呢?

(1)磁路系统——产生均匀的直流或交流磁场

(2)测量导管——其作用是让被测导电性液体通过。为了使磁力线通过测量导管时磁通量被分流或短路,测量导管必须采用不导磁、低导电率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成,可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。不锈钢导管分(304/316)不锈钢是为了能更好的产生磁场,能保持电磁的稳定性。

(3)电    极——引出和被测量成正比的感应电动势信号,电极分为316L-钛-HC-HB-钽。 不同的电极对应的不同的介质其作用是引出和被测量成正比的感应电势信号。电极一般用非导磁的不锈钢制成,且被要求与衬里齐平,以便流体通过时不受阻碍。它的安装位置宜在管道的垂直方向,以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度。

(4)外    壳——应用铁磁材料制成,是分配制度励磁线圈的外罩,并隔离外  磁场干扰

(5)衬    里——内衬分为(橡胶、四氟、塑料),内衬的作用是管道内的介质与不锈钢导管相隔开,否则介质与导管接触会形成短路。在测量导管的内侧及法兰密封面上,有一层完整的电绝缘衬里。它直接接触被测液体,其作用是增加测量导管的耐腐蚀性,防止感应电势被金属测量导管管壁短路。衬里材料多为耐腐蚀、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。

(6)转 换 器——转换器就是流量计表头,由液体流动产生的感应电势信号十分微弱,受各种干扰因素的影响很大,转换器的作用就是将感应电势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。其任务是把电极检测到的感应电势信号Ex经放大转换成统一的标准直流信号。

三、电磁流量计的励磁方式有哪些各有什么优缺点

从电磁流量计的工作原理可以知道,其中涉及到了磁场,那么电磁流量计种类中又因为励磁方式的不同,其工作性能也不尽相同。所谓励磁方式即产生磁场的方式,目前,一般有三种励碰方式,即直流励磁、交流励磁和低频方波励磁:

(1)直流励磁—— 一般只适用于测量非电解质液体,如液态金属

   直流励磁方式用直流电或永(一)久磁铁产生一个恒定的均匀,这种方式最大的优点是受交流电磁场干扰小,因此忽略液体中的自感现象的影响.但是,使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化,即电解质在电场中被电解,产生正负离子.在电场力的作用下,负离子跑向正极,正离子跑向负极。这样,将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响电磁流量计的正常工作.所以,直流励磁一般只用于测量非电解

(2)交流励磁

    目前,工业上使用的电磁流量计,大都采用工频(50Hz)电源交流励磁方式,即它的磁场是由正弦交变电流产生的,所以产生的磁场也是一个交变磁场.交变磁场变送器的主要优点是消除了电极表面的极化于扰.但是用交流电磁会带来正交干扰、同相干扰、零点漂移等一系列电磁干扰问题,现在交流励磁方式正在被低频方波励磁所代替。

(3)低频方波励磁

    直流励磁方式和交流励滋方式各有优缺点,为了充分发挥它们的优点,尽量避免它们的缺点,70年代以来,人们开始采用低频方波励磁方式,低频方波励磁波形有二值和三值两种,其频率通常为工频的二分之一到三十二分之一。

低频方波励磁能避免交流励磁的正交电磁干扰,消除分布电容引起的工频干扰,抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流,排除直流励磁的极化现象,目前已在电磁流量计上广泛的应用。

(4)高频矩形波励磁与可编程脉宽矩形波励磁

    的电磁流量计制造企业,针对浆液流体测量和高速响应性,应用的半导体元器件和单片计算机技术,研制各种相对于低频(1/8一1/32工频)的高频矩形波励磁(通常在100Hz左右,医学上测量人体的血液流量计高达400Hz)和可编程脉宽励磁的电磁流量计,并利用单片计算机的存贮和运算功能,从数据采集与软件上做尖状干扰处理,以改善浆液测量和高速响应性的性能。

    高频矩形波励磁和可编程脉宽励磁电磁流计可能失掉一些低频矩形波励磁零点稳定的特性,只能是一种适合特定场合应用的流量计。同时,由于高频励磁可能引起传感器磁路的涡流损失和磁滞损失增加,磁路结构与应用的磁性材料比低频矩形波励磁要求高一些。

(5) 双频励磁

双频励磁方式是日本横河电机公司研究开发的一种高、低频矩形波调制波的励磁方式。所采用的励磁频率为:低频是6.25Hz,它有助于提高零点的稳定性;高频是75Hz,高频励磁大幅度降低了浆液对电极产生的极化电压,减弱了测量输出的抖动。提高了测量的响应速度。因此,双频励磁既有稳定零点和高精度的测量的优点,又有很强的抗“浆液噪声”能力,反应速度快等优点,是低频矩形波励磁和高频励磁的结合。

从上面叙述可以看到,每种励磁方式均由其各自的优缺点,而保障电磁流量计更精准工作的便是恒定的磁场,研究励磁方式对于电磁流量计的应用与发展非常重要。人们从来没有停止对科技的探索研究,不久的将来,会有更好的励磁方式出现,电磁流量计性能也能更加的完善。

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