《電磁流量計(jì)》PPT課件.ppt

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1、電磁流量計(jì),十一點(diǎn)不斷網(wǎng)小分隊(duì),7.6 電磁流量計(jì),電磁流量計(jì)概述 電磁流量計(jì)原理和機(jī)構(gòu) 電磁流量計(jì)分類 電磁流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn) 成員介紹,電磁流量計(jì)概述,電磁流量計(jì)(Eletromagnetic Flowmeters簡稱EMF)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。1922年威廉斯首先應(yīng)用電磁流量儀表于封閉圓管，1961年Krohne公司第一次把電磁流量計(jì)應(yīng)用于工業(yè)。50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來世界范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表臺數(shù)的5%6.5%。70年代以來出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應(yīng)用

2、。,電磁流量計(jì)的原理和機(jī)構(gòu),根據(jù)法拉第定律，當(dāng)導(dǎo)體在磁場中切割磁力線時，將產(chǎn)生電動勢。該電動勢的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁場中作垂直切割磁力線方向運(yùn)動的導(dǎo)體長度和導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁力線方向運(yùn)動的速度成正比。當(dāng)三者相互垂直時，感應(yīng)電動勢e的大小為：,電磁流量計(jì)的原理和機(jī)構(gòu),如圖1所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規(guī)則”，其值如下式式中E-感應(yīng)電動勢，即流量信號，V;k-系數(shù)；B-磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；D-測量管內(nèi)徑，m；-平均流速，m/s。設(shè)液體的體積流量為，則式中K為儀表常數(shù)，K=4KB/D。,電磁流量計(jì)的原

3、理和機(jī)構(gòu),電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。傳感器典型結(jié)構(gòu)示意如圖2，測量管上下裝有激磁線圈，通激磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢，送到轉(zhuǎn)換器。激磁電流則由轉(zhuǎn)換器提供。,電磁流量計(jì)分類,按激磁電流方式 按流量傳感器與管道連接方式 按流量傳感器電極是否與被測液體接觸 按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類 按傳感器和轉(zhuǎn)換器組成方式,按激磁電流方式,1、直流激磁 直流激磁電磁流量計(jì)用于測量液體金屬流量，如常溫下汞和高溫下液態(tài)納、鋰、鉀等。在快中子增殖核反應(yīng)堆一次回路中用于測量攝氏500余度的熔融納流量，見到過有應(yīng)用于DN300mm管道儀表的報(bào)道。干法效驗(yàn)流量值，與濕

4、法（實(shí)流）效驗(yàn)相比，精度可達(dá)3% 。除由電磁鐵值流激磁產(chǎn)生次場外，也有用永久磁鐵磁場的較小口徑傳感器。 本類儀表在我國一般流程工業(yè)中應(yīng)用還屬探索階段，20世紀(jì)6070年代曾成功地應(yīng)用于測量電解槽常溫泵流量；有色冶金工業(yè)也曾試用于測量熔鋅液流量，因鋅液在測量管內(nèi)壁結(jié)垢及氧化鋅等原因，未使用成功。,按激磁電流方式,2、交流激磁 早期電磁流量計(jì)用于50Hz工頻市電激磁，產(chǎn)生正弦波交變磁場；采用交流激磁的理由是為了避免像用直流激磁時電磁表面產(chǎn)生極化現(xiàn)象，但是由于易受市電鎖引起的與流量信號同相應(yīng)各種感應(yīng)噪聲的疊加，形成零點(diǎn)漂移等，現(xiàn)在已漸被低頻矩形波激磁所代替。這些疊加的感應(yīng)噪聲是由以下一些原因產(chǎn)生的。

5、 1)液體中渦電流產(chǎn)生與流量信號同相位噪聲，電極污染形成的噪聲和零點(diǎn)漂移； 2)磁回路中鐵損偏移了激磁電流與磁場間相位，使原來在信號回路中變壓器效應(yīng)所形成的正交（90）噪聲相移，產(chǎn)生相同噪聲； 3)激磁線圈與信號線間以及激磁線圈與流體間的靜電感應(yīng)噪聲。,按激磁電流方式,3、低頻矩形波激磁 自1975年低頻矩形波激磁方式發(fā)表以來，以其功耗小、零點(diǎn)穩(wěn)定，電極污染影響小等優(yōu)點(diǎn)，得到很快發(fā)展，成為迄今主要激磁方式。流量信號在信號電壓基本恒定的區(qū)間采樣取得。激磁頻率為市電的 1/32 1/2 ，常用 1/8 1/4之間。小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表用較低頻率，由制造廠按所用傳感器口徑來設(shè)定。 矩形波

6、形波交變激磁雖不受慢的極化電壓變化影響，但由于穩(wěn)定磁場短期間直流采用相對于急劇變化的極化電壓，還會產(chǎn)生急劇的輸出變化。此外流體中固體顆粒撞擊電極，其表面氧化膜破損，表面電位變化形成尖峰狀噪聲，輸出呈現(xiàn)大幅晃動。這一現(xiàn)象稱作漿液噪聲，發(fā)生于高濃度漿液或含土沙粒的液體，影響了低頻矩形波電磁流量計(jì)的應(yīng)用。,按激磁電流方式,4、雙頻激磁 雙頻激磁是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波，如右圖所示的用兩種頻率采樣和低通、高通濾波器，得到高頻和低頻兩種信號，合成后得流量信號，克服了低頻矩形波激磁存在的漿液噪聲和流動噪聲，提高儀表的穩(wěn)定性和響應(yīng)性?？焖夙憫?yīng)性可反映頻率高達(dá)1Hz的柱塞泵的流動狀況。,按流量傳感器與管

7、道連接方式,(1) 法蘭連接 法蘭連接時傳統(tǒng)的連接方式，傳感器兩端有連接法蘭，與管道法蘭間用螺栓固定之，可單向安裝。大口徑傳感器都采用本連接方式。體積和重量都比夾裝連接方式大。 DN15600mm 電磁流量計(jì)的兩法蘭面間長度，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織已制定標(biāo)準(zhǔn)（ISO 13359;1998）予以統(tǒng)一。 (2) 夾裝連接 夾裝連接時近年發(fā)展的連接方式，傳感器本身無法蘭，以較長的螺栓夾持在管道兩法蘭之間接入管系。本方式傳感器體積小重量輕，對于不同壓力規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)管系法蘭孔距適應(yīng)性強(qiáng)；但只適用于較小管徑（200mm一下）,承受液體工作壓力較低。,按流量傳感器與管道連接方式,(3) 衛(wèi)生型連接 下圖中式衛(wèi)生型連接

8、一例，與國際制酪聯(lián)合會IDF加持件相連接，實(shí)現(xiàn)快速拆卸和安裝，便于日常頻繁的清洗。,按流量傳感器與管道連接方式,(4) 螺紋連接 右圖中式小口徑儀表螺紋連接方式。該類儀表較多應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)和藥業(yè)配比注入等場所。螺紋連接還有較多應(yīng)用于石油、地質(zhì)勘探等1625MPa以上高壓注水或水泥漿液流量測量，螺紋形狀則為梯形。,按流量傳感器與管道連接方式,（5）插入式電磁流量計(jì) 特點(diǎn)： 插入式電磁流量計(jì)在大管道流量檢測中，具有絕對的安裝優(yōu)勢與價格優(yōu)勢。 轉(zhuǎn)換器采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊密，容易電氣安裝，轉(zhuǎn)換器和傳感器具有互換性，可自由變更測量范圍（0.5m/s10m/s）。 儀表應(yīng)用“自動歸零”原理，消除電

9、化學(xué)干擾信號，零點(diǎn)自穩(wěn)。 轉(zhuǎn)換器和傳感器具有多種防護(hù)等級及安裝方式，有適用于潛水安裝的IP68等級。 適用于水、污水、酸、強(qiáng)堿等導(dǎo)電率在5s/cm以上的液體流量檢測，特別適用于供排水管道的流量測量。 流量的測量只與插入深度有關(guān)，故該流量計(jì)通用性廣、互換性強(qiáng)，一種型號就可適用于多種規(guī)格管道的流體測量要求。,按流量傳感器與管道連接方式,插入式電磁流量計(jì),按流量傳感器電極是否與被測液體接觸,(1) 接觸型電極 與液體接觸的電極是EMF的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通常為一對電極，大口徑儀表業(yè)有用兩對電極。非滿管型EMF也有用3對電機(jī)或條形電極。 (2) 非接觸型電極 大面積電極緊貼襯里（或絕緣測量管）外表面，以電容耦

10、合方式檢拾流量信號，可測量比接觸型電極的電容檢測方式的電磁流量計(jì)簡稱電容式電磁流量計(jì)，其原理看上圖。前置放大器置于傳感器內(nèi)僅靠電極，激磁頻率比通常EMF高，為50/2Hz，也有超過100Hz者。本類儀表不會產(chǎn)生電極鈍化、氧化和觸媒作用等電極表面效應(yīng)噪聲，也機(jī)會不存在流動噪聲和漿液噪聲。襯里內(nèi)表面覆蓋油脂等非導(dǎo)電層或薄絕緣結(jié)構(gòu)層也不會影響測量；但覆蓋層若為導(dǎo)電膜則儀表將無指示。,按流量傳感器結(jié)構(gòu)分類,(1) 短管型 短管型結(jié)構(gòu)即如傳統(tǒng)電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)，流量傳感器帶有測量管段連接到管道系統(tǒng)中。 (2) 插入型 插入式電磁流量計(jì)傳感器實(shí)質(zhì)上是電磁流速傳感器，激磁線圈和電極組裝成桿狀，從待測管道上開孔

11、中插入，測得的流速與轉(zhuǎn)換器預(yù)置的管道面積等系數(shù)相乘鹽酸求取流量。除單點(diǎn)的“點(diǎn)流速”外，還有側(cè)多點(diǎn)“徑流速”者。 本型儀表適用于大型管道，因?yàn)槭菧y量局部流速推算流體流量，測量精度遠(yuǎn)低于短管型，通常僅用于過程控制，不適宜應(yīng)用于貿(mào)易核算計(jì)量。但是價格相對便宜。應(yīng)用特點(diǎn)還可參閱插入式流量計(jì)。,按傳感器和轉(zhuǎn)換器組成方式,（1）、一體型 傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起直接輸出直流電流（或頻率）標(biāo)準(zhǔn)信號，實(shí)際上成為電磁流量變送器。一體型縮短了二者之間信號線和激磁線的連接長度，并使之物外接，隱蔽在儀表內(nèi)部，從而減少信號衰減和空間電磁波噪聲侵入（見右圖）。,按傳感器和轉(zhuǎn)換器組成方式,（2）分體型 分體型是電磁流量計(jì)最

12、普遍應(yīng)用的形式，如右圖所展示的，傳感器接入管道，轉(zhuǎn)換器裝在儀表室或人們易于接近的傳感器附近，相距數(shù)十到數(shù)百米。為防止外界噪聲侵入，信號電纜通常采用雙層屏蔽。測量電導(dǎo)率較低液體而相聚超過30m時，為防止電纜部分電容造成信號衰減，內(nèi)層屏蔽也有要求接上與芯線同電位低阻抗源的屏蔽驅(qū)動。分離型轉(zhuǎn)換器可遠(yuǎn)離現(xiàn)場惡劣環(huán)境，電子部件檢查、調(diào)整和參數(shù)設(shè)定就比較方便。,電磁流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn),電磁流量計(jì)缺點(diǎn) 不能測量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。 不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等。 由于襯里材料和電器絕緣材料限制，不能用于較高溫度的液體。 電磁流量計(jì)優(yōu)點(diǎn) 電磁流量計(jì)的測量通道是一段無阻流檢測件的光

13、滑直管，因不宜阻塞適用于測量含有固體顆粒或纖維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等。（注：插入式電磁流量計(jì)有所不同） 由于感應(yīng)電壓信號是在整個充滿磁場的空間中形成的，是管道載面上的平均值，因此傳感器所需的直管段較短，長度為5倍的管道直徑。,電磁流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn),測量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系，因此測量精度高。 測量管道內(nèi)無阻流件，因此沒有附加的壓力損失；測量管道內(nèi)無可動部件，因此傳感器壽命極長。 不產(chǎn)生因檢測流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是同一長度管道的沿程阻力，節(jié)能效果顯著，對于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。 電磁流量傳感器部分只有內(nèi)襯和電極與被測液體接觸，只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料，即可耐腐蝕和耐磨損。 雙向測量系統(tǒng)，可測正向流量、反向流量。,主講：李棟,PPT制作：陳偉鍵,材料收集：史國進(jìn),材料收集：李春華,小秘：繆志鵬,醬油男：楊開洋,The end,thank you!,