怎樣從使用的角度認識電磁流量計
1 前言   由于電磁流量計具有可靠性高、耐腐蝕性強、容易變更測量范圍等特點，在國內外好多行業都得到了廣泛應用并重點對它進行開發。   2 使用情況   在我們所涉及的工程，例如輕工行業中電磁流量計常應用在食品、造紙、精細化工和污水處理等行業，用來測量乳液、番茄醬、啤酒、紙漿、填料、黑液、其他化學品等液體或具有氣液、液固兩相的液體流量。這些液體中除干凈液體外，大多為易粘、易堵、含氣泡、含固體顆粒，有的還具有強腐蝕性。   目前，電磁流量計具有傳感器、轉換器一體型和分離型二種結構形式，高達IP68的防護等級，多種可選的耐腐耐磨忖里和電極材料，精度可達0.2級，這使得電磁流量計基本上能滿足上述工況的流量測量需要。   3 電磁流量計的特點和不足    3.1 特點   (1)結構簡單，無活動部件和阻礙被測介質流動的擾動件或節流件，對易黏附和固液二相介質不易發生管道堵塞、磨損等問題。可彌補質量流量計不易測量此類介質的不足。
   (2)電磁流量計是一種測量體積流量的儀表，其測量不受流體的密度、溫度、壓力、粘度、雷諾數以及在一定范圍內電導率的變化的影響。電磁流量計只需用水作為試驗介質進行標定，而不需要作附加修正就可用來測量其它導電性液體。這是其他流量計所不具備的優點。
   (3)電磁流量計測量范圍很大，有的產品測量范圍達1000:1。對同一口徑傳感器，其滿量程只要介質流速在0.3~15m/s范圍內可任意設定。電磁流量計的測量范圍可涵蓋紊流和層流狀態兩種速度分布狀態，這是差壓式流量計、渦輪式、渦街等流量計不能與之相比擬的。
   (4)測量原理上是線性的，測量準確度高，而且完全電信號輸出，測量的反映速度快，可測脈動流量和快速累積總量。
    (5)耐腐蝕性能好。
   (6)原理上是測量過水斷面的平均流速，對流速分布的要求較低。因此，傳感器前后的直管段要求比其他流量計短。
   (7)可測正、反兩個方向的流動流體。 怎樣從使用的角度認識電磁流量計   3.2不足之處    (1)電磁流量計不能用于測量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體。
   (2)電磁流量計目前還不能用來測量導電率很低的液體介質，被測液體介質的電導率不能低于10-5S/cm(相當于蒸餾水的電導率)。對石油制品或者有機溶劑等還無能為力。
    (3)由于測量管絕緣襯里材料受溫度的限制，目前工業電磁流量計還不能測量高溫高壓流體。
   (4)電磁流量計受流速分布影響，在軸對稱分布的條件下，流量信號與平均流速成正比。所以，電磁流量計前后也必須有一定長度的前后直管段。
    (5)電磁流量計易受外界電磁干擾的影響。    4勵磁對測量的影響   電磁流量計在使用中的效果受諸多因素影響。測量的真實、可靠及精度除了與轉換器有關外，更主要是取決于傳感器，而傳感器的勵磁技術對流量檢測影響很大。   了解勵磁技術發展過程，對我們選用、維護電磁流量計很有現實意義。    4.1直流勵磁   上個世紀初，歐洲國家曾研制出用直流勵磁的電磁流量計，并開始其工業應用。   直流勵磁技術是利用永磁體或者直流電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電，以形成恒定的勵磁磁場，如圖1所示。直流勵磁技術的*大問題是直流感應電動勢在兩電極表面上形成固定的正負極性，引起被測流體介質電解，導致電極表面極化現象。   4.2 工頻正弦波勵磁   為了消除直流勵磁中電極極化效應等弊病，在以后的幾十年中，怎樣從使用的角度認識電磁流量計發達國家又提出了用工頻正弦波勵磁，如圖2所示。是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電。其主要特點是能夠基本消除電極表面的極化現象，降低電極電化學電勢的影響和傳感器的內阻。   但是，工頻正弦波勵磁技術的采用會帶來一系列電磁感應干擾和噪聲。   上個世紀七，八十年我國代造紙行業在使用國產電磁流量計中，發現電磁流量計經常出現零點和示值不穩。嚴格的接地和遠離電磁干擾源也不能完全解決，影響了生產。這與工頻勵磁的弱點有關。   4.3 低頻矩形波勵磁   為了徹底解決電磁流量計工頻干擾問題，提高流量測量精度，介于直流勵磁和工頻交流勵磁之間的低頻矩形波勵磁技術被提出。此項勵磁技術，如圖3所示，既具有直流勵磁技術不產生渦流效應、變壓器效應(正交干擾)的特點，又具有工頻正弦波勵磁基本不產生極化效應，便于放大信號處理，而能避免直流放大器零點漂移、噪聲、穩定性等問題的優點，以及有較好的抗干擾性能，得以在電磁流量計中廣泛應用。   由于矩形波勵磁的這些優點，上個世紀八十年代中，使以引進此種勵磁技術的合資產品得到了廣泛的應用。   4.4 雙頻矩形波勵磁   上世紀80年代后期國外制造廠商又推出雙頻矩形波勵磁技術。成功地解決了電磁流量計零點穩定性和對液固兩相導電性流體以及低導電率流體流量的適應性，開拓了電磁流量計新的應用領域，開始了雙頻矩形波勵磁技術的工業應用。   低頻矩形波勵磁雖然具有優良的零點穩定性，但在測量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導電性流體流量時，固體顆粒擦過電極表面導致電極的接觸電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現尖峰狀脈沖，具有1/f的頻譜特征；在測量低導電率流體流量時，電極的電化學電勢定期變動，產生幅值隨頻率成反比的噪聲(即1/f噪聲)，導致低頻矩形波勵磁電磁流量計輸出搖擺，如圖4所示。前者稱為泥漿干擾，后者稱為流動噪聲。   研究分析表明，泥漿干擾和流動噪聲具有1/f的頻譜特征。低頻時幅值大，高頻時幅值小，如果采用較高頻率的低頻矩形波勵磁則能大大降低泥漿干擾的數量級。因此提高勵磁頻率有助于降低泥漿干擾和流動噪聲，提高傳感器輸出信號的信噪比。近十幾年來，低頻矩形波勵磁技術的采用，提高電磁流量計抗干擾的能力、降低勵磁功率以提高勵磁的經濟性，*明顯地表現在單位流速信號電勢降低從1mV/ms-1到0.6mV/ms-1、0.4mV/ms-1、0.2mV/ms-1、0.1mV/ms-1。如果隨著單位流速信號電勢幅值比現有技術降低一個數量級，則泥漿干擾和流動噪聲的影響明顯增強，為了進一步提高抗干擾能力，必須采用較高頻率矩形波勵磁。   綜上所述，要保證電磁流量計的零點穩定性，*好采用低頻矩形波勵磁；為了能較準確地測量液固兩相導電性流體和低導電率流體的流量，又必須采用較高頻率的矩形波勵磁。采用如圖5所示的雙頻矩形波勵磁的方法是*佳方案。   隨著造紙產品的多樣化，我們又曾碰到對于高濃紙漿及具有一定雜質的漿液的測量，電磁流量計的輸出出現飄忽不定現象。雙頻勵磁的機理使我們明白了產生此類現象的原因。而雙頻勵磁的產品的出現也正好解決了測量這種液體流量的難題。   4.5另外，有些電磁流量計生產商現在正在研制新穎交流勵磁技術。它既保持了矩形勵磁的零點穩定性又具有高頻勵磁優良的雜波去除功能，還有良好的抗50Hz工頻干擾性能。能很好的測量固體顆粒含量多達30%的二相液體。流量計的精度可達0.1%。   造紙行業還有一項內涵，就是廢紙的再利用和環境保護。在廢紙制漿和污水處理中，需用電磁流量計測量含有數量不少的泥砂及各種雜粒的廢紙漿量，和含有大量油墨、污泥的污水量以及大設備的電器所造成的電磁干擾。它們對電磁流量計會有更苛刻的要求。這種新穎交流勵磁方式又為我們提供了適應這種工況的計量設備。   在敘述了各種勵磁技術后，這里應該指出，國產的電磁流量計經過幾代科技人員艱苦不懈的努力，在性能和可靠性方面具備了很高的水平，在國內工業生產使用中占了相當的份額。   5 使用中應注意的問題   這些問題大家已經很熟悉了，把它羅列出來是想進一步發掘更有效的使用經驗。   (1)電磁流量計是容積式液體流量計，在測量時應保證流量計內的液體是充滿管道的。為使流速平穩，流量計前后應有大于5D和2D的直管段。流量計口徑大小的選擇應使*小*大流量時的流速在保證測量精度的范圍內。   (2)當不得不裝在自上而下的垂直管道上時，流量計應裝在管道的下部，且流量計下游裝有節流閥門使下游產生一背壓。   (3)當測量容易積渣附著的介質時，不要將流量計安裝在傾斜管道的*低點。在管低端安裝清洗閥或盲板，定期清洗內壁附著物。   (4)在振動劇烈的現場應將傳感器和轉換器分開安裝。口徑至≥DN350的流量計兩端應設支架或吊架。   (5)安裝在塑料管道或帶內襯管道上必須使用接地環。   如接地環和測量電極由不同材料制成，會引起電化學腐蝕損壞電極。電極材質選配不當，被測介質會使電極極化而減弱信號的電勢。因此，電極材料的選擇也應引起注意，可參閱說明書及與制造廠商量。   (6)有些工況需在管道內注入化學藥品，注入后會導致液體導電率不勻對電磁流量計輸出信號產干擾。對此，可采用在流量計下游注入，如需在上游注入則注入點應與流量計保持一定距離，使液體混合均勻。   (7)分體式電磁流量計的傳感器和轉換器間*大電纜長度與導電率有關。椐資料介紹導電率為5μs/cm時長度不超過10m，100μs/cm時長度不超過100m，不然會引起測量信號的失真。   (8)電磁流量計應避免安裝在大功率的電氣設備和開關柜傍以減少電磁干擾。   (9)發生雷擊時在線路中產生的過電壓和浪涌電流會通過儀表室的電源線進入儀表(電磁流量計)使之損壞。目前，這個問題已被越來越多的自控人員所認識。設計時在儀表用總電源進線端，甚至在單個儀表的電源端裝過壓和浪涌電流吸收裝置，防止它們對儀表的損壞。   (10)新的延伸。   目前有的生產廠對接地極采取了新的措施。在傳感器襯里上嵌入導電橡膠，既省去了接地環或接地法蘭、降低了成本，也方便安裝。   采用高性能PEEK材料作為電極絕緣密封之用，提高了電極絕緣的穩定度和可靠度。確保在高濕惡劣環境下，電極的絕緣電阻也能達到200MΩ以上。   根據電容效應原理設計流量空管報警功能。它的靈敏度高，但不受管壁殘留液的影響。   流量計的勵磁技術不斷發展體現了：生產的需要促進了科研，科研的成果又推動了生產的發展。這也說明了發展科技能更好興國。