电磁式流量传感器

电磁流量传感器是根据电磁感原理工作的，特点是管道内设有活动部件，既便于清洗，又没有机械惯性，压力损失很小，反应十分灵敏，流量测量范围大，量程比一般为10∶1，有大到100∶1的; 流量计的管径小到几个毫米，大到2m; 适用于一般流量测量，也适用于脉动流量测量及双向流量测量。流量计的输出电势与体积流量呈线性关系，而与被测介质的流动状态、温度、压力、比热、密度及黏度等均无关。仪表精度一般为1～5级，也有0.5级的。只要电导率在20～25μΩ/cm以上的流体，采用水标定的电磁流量计，就可直接来测定其他导电性流体，如矿浆、泥浆、纸浆、污水、酸、碱、盐溶液或悬浮液等介质的流量而无须附加修正。流量计的内壁可采用不同的绝缘衬里，对于自来水采用天然合成橡胶，对于酸、碱、盐采用三氟氯乙烯，聚四氟乙烯，对于磨损大的矿浆等则采用耐磨橡胶。流量计只须安装在不长的直管段上。使用比较方便。

但是，介质必须是导电的液体，导电率一般要求20～25μΩ/cm以上，不能用于气体，蒸汽及石油制品的流量测量。由于导电率的限制，变换器到传感器的距离受到约束，当液体的导电率低时不应超过30m。由于绝缘衬里的限制，使用温度一般在0～200℃范围内，电极装在管道上，工作压力受限制。此外电磁流量计结构比较复杂，成本较高。

电磁流量计工作原理:

当被测介质沿垂直切割磁力线方向流动时，如图4－3所示，在介质流向和与磁力线垂直方向上产生一感应电势Ex

图4－3 电磁流量计原理

Ex=BDv·10－8V　(4－3)

式中: B——磁感应强度，GS;

D——导体在磁场内的长度，cm;

v——导体在磁场内切割磁力线的速度，即被测介质流经传感器时的平均速度，cm/s。

被测介质作为导体，在管道内以平均速度v切割磁力线产生的感应电势，由对称安装在管道上相对应的两个电极引出到变换器。为了避免导电流体的极化现象，采用交变磁场，B=Bmsinωt，则产生感应电势的瞬时值为

Ex=Dv Bmsinωt·10－8V　(4－4)

式中: Bm——磁感应强度的最大值，GS;

ω——交变磁场的角频率。

感应电势取有效值时为: Ex=Dv B·10－8，由于管径D是固定的，磁场强度B在电参数决定后也是不变的，因此产生的感应电势只决定于介质的平均流速。感应电势与流量的关系为

Ex=4·10－8BQ/πD=KQ　(4－5)

式中: K——仪表常数，K=4·10－8B/πD，决定于仪表几何尺寸及磁感应强度。

电磁流量传感器的主要问题是如何有效地消除或减少干扰电势，如不设法消除，必然造成严重的测量误差，甚至仪表无法工作。消除的方法是使电极的引出线所构成的平面与磁力线尽可能平行，避免磁力线穿过，干扰电压就不会产生，但这种作法比较困难。因此目前常用的方法是在某一个电极上引出两根导线，分别绕过磁极形成两个回路，并接上一个电位器W。当磁力线穿过闭合回路时，在两个回路内产生方向相反的感应电势，通过调零电位器W可以使两个回路中的感应电流i1=i2，则放大器输入回路中经输入阻抗的电压降等于零，有效地消弱了正交干扰的影响。由于正交干扰是变化的，用调零法并不能完全消除，故在变换器的放大器中还须另外采取措施。

电磁流量传感器应安装在远离磁源，并且没有震动的地方。电磁流量传感器输出信号比较微弱，外界干扰会严重影响流量测量的精度，因此它的外壳屏蔽线、测量导管与传感器两端的管道均应妥善地单独地在一点接地，不允许接在电机、变压器等的公共地线上或上、下管道上。

电磁流量变换器将传感器随流量变化而产生的交流毫伏信号，转换为与流量成比例的0～10mA或4～20mA统一标准信号，以供显示记录及控制用。电磁流量传感器与变换器等均应用同一电源中一相的电源，以免不同相的电源使检测信号与反馈信号相位差120°，相敏整流器的整流效率也会降低，仪表将无法工作。

仪表使用一段时间后，管道内壁可能沉积污泥而影响测量精度，特别是垢层的电阻低时将会造成电极短路，表现为流量信号愈来愈小，或突然下降。因此需要定期清洗，保持传感器内部清洁、电极光亮。用于腐蚀性流体时，更要注意清洗维护以免衬里被蚀坏或电极被锈蚀，造成测量误差，甚至不能继续使用。

电磁流量计常见故障及处理方法见表4－1。

表4－1 电磁流量计常见故障及处理方法