電磁流量計(jì)（Eletromagnetic Flowmeters，簡(jiǎn)稱EMF）：

是20世紀(jì)50~60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。由于其*的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；各種漿液流量測(cè)量，形成了*的應(yīng)用領(lǐng)域。

在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。傳感器安裝在工業(yè)過(guò)程管道上，它的作用是將流進(jìn)管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢(shì)信號(hào)，并通過(guò)傳輸線將此信號(hào)送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠(yuǎn)的地方，它將傳感器送來(lái)的流量信號(hào)進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，以進(jìn)行顯示，累積和調(diào)節(jié)控制。

電磁流量計(jì)的基本原理

（一）測(cè)量原理

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢(shì)e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度L及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，則

e＝Blu （3－35）

與此相仿．在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線．如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極（圖3—17）則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)：

e＝BD （3－36）

式中， 為管道截面上的平均流速．由此可得管道的體積流量為：

qv＝πDUˉ ＝ （3－37）

由上式可見(jiàn)，體積流量qv與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和測(cè)量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與其它物理參數(shù)無(wú)關(guān)．這就是電磁流量計(jì)的測(cè)量原理．

需要說(shuō)明的是，要使式（3—37）嚴(yán)格成立，必須使測(cè)量條件滿足下列假定：

①磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng)；

②被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布；

③被測(cè)液體是非磁性的；

④被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。

圖3－17 電磁流量計(jì)原理簡(jiǎn)圖

1－磁極；2－電極；3－管道

（二）勵(lì)磁方式

勵(lì)磁方式即產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式．由前述可知，為使式（3—37）嚴(yán)格成立，*個(gè)必須滿足的條件就是要有一個(gè)均勻恒定的磁場(chǎng)．為此，就需要選擇一種合適的勵(lì)磁方式。目前，一般有三種勵(lì)碰方式，即直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和低頻方波勵(lì)磁．現(xiàn)分別予以介紹．

1．直流勵(lì)磁

直流勵(lì)磁方式用直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)或采用*磁鐵，它能產(chǎn)生一個(gè)恒定的均勻磁場(chǎng)．這種直流勵(lì)磁變送器的zui大優(yōu)點(diǎn)是受交流電磁場(chǎng)干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響．但是，使用直流磁場(chǎng)易使通過(guò)測(cè)量管道的電解質(zhì)液體被極化，即電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電解，產(chǎn)生正負(fù)離子．在電場(chǎng)力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極．如圖3—18所示．這樣，將導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響儀表的正常工作．所以，直流勵(lì)磁一般只用于測(cè)量非電解質(zhì)液體，如液態(tài)金屬等．

圖3－18 直流勵(lì)磁方式

2．交流勵(lì)磁

目前，工業(yè)上使用的電磁流量計(jì)，大都采用工頻（50Hz）電源交流勵(lì)磁方式，即它的磁場(chǎng)是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是一個(gè)交變磁場(chǎng)．交變磁場(chǎng)變送器的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面的極化于擾．另外，由于磁場(chǎng)是交變的，所以輸出信號(hào)也是交變信號(hào)，放大和轉(zhuǎn)換低電平的交流信號(hào)要比直流信號(hào)容易得多．

如果交流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

B＝Bm sin t （3－38）

則電極上產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為

e＝Bm D sin t （3－39）

被測(cè)體積流量為

qv= D （3－40）

式中 Bm――磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的zui大值；

――勵(lì)磁電流的角頻率， ＝2 f；

t――時(shí)間；

f――電源頻率．

由式（3－40）可知，當(dāng)測(cè)量管內(nèi)徑D不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm為一定值時(shí)，兩電極上輸出的感生電動(dòng)勢(shì)e與流量qv成正比．這就是交流磁場(chǎng)電磁流量變送器的基本工作原理．

值得注意的是，用交流磁場(chǎng)會(huì)帶來(lái)一系列的電磁干擾問(wèn)題．例如正交干擾．同相干擾等，這些干擾信號(hào)與有用的流量信號(hào)混雜在一起．因此，如何正確區(qū)分流量信號(hào)與干擾信號(hào)，并如何有效地抑制和排除各種干擾信號(hào)，就成為交流勵(lì)磁電磁流量計(jì)研制的重要課題。

3．低頻方波勵(lì)磁

直流勵(lì)磁方式和交流勵(lì)滋方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)，盡量避免它們的缺點(diǎn)，70年代以來(lái)，人們開(kāi)始采用低頻方波勵(lì)磁方式．它的勵(lì)磁電流波形如圖3—19所示，其頻率通常為工頻的1／4－l／10．

圖3－19 方波勵(lì)磁電流波形

從圖3－19可見(jiàn)，在半個(gè)周期內(nèi)，磁場(chǎng)是恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很小．從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，所以它能克服直流勵(lì)滋易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象．因此，低頻方波勵(lì)磁是一種比較好的勵(lì)磁方式，目前已在電磁流量計(jì)上廣泛的應(yīng)用．概括一下，它具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①能避免交流磁場(chǎng)的正交電磁干擾；

②消除由分布電容引起的工頻干擾；

③抑制交流磁場(chǎng)在管壁和流體內(nèi)部引起的電渦流；

④排除直流勵(lì)磁的極化現(xiàn)象．
 

流量計(jì)選型是指按照生產(chǎn)要求，從儀表產(chǎn)品供應(yīng)的實(shí)際情況出發(fā)，綜合地考慮測(cè)量的安全、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)性，并根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)及流動(dòng)情況確定流量取樣裝置的方式和測(cè)量?jī)x表的型式和規(guī)格。
    流量測(cè)量的安全可靠，首先是測(cè)量方式可靠，即取樣裝置在運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生機(jī)械強(qiáng)度或電氣回路故障而引起事故；二是測(cè)量?jī)x表無(wú)論在正常生產(chǎn)或故障情況下都不致影響生產(chǎn)系統(tǒng)的安全。例如，對(duì)發(fā)電廠高溫高壓主蒸汽流量的測(cè)量，其安裝于管道中的一次測(cè)量元件必須牢固，以確保在高速汽流沖刷下不發(fā)生機(jī)構(gòu)損壞。因此，一般都優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，而不選用懸臂梁式雙重喇叭管或插入式流量計(jì)等非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)速裝置，以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低的靶式、渦輪流量計(jì)等。燃油電廠和有可燃性氣體的場(chǎng)合，應(yīng)選用防爆型儀表。
    在保證儀表安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，力求提高儀表的準(zhǔn)確性和節(jié)能性。為此，不僅要選用滿足準(zhǔn)確度要求的顯示儀表，而且要根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的特點(diǎn)選擇合理的測(cè)量方式。發(fā)電廠主蒸汽流量測(cè)量，由于其對(duì)電廠安全和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，一般都采用成熟的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝量配差壓流量計(jì)，化學(xué)水處理的污水和燃油分別屬臟污流和低雷諾數(shù)粘性流，都不適用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件。對(duì)臟污流一般選用圓缺孔板等非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件配差壓計(jì)或超聲多普勒式流量計(jì)，而粘性流可分別采用容積式、靶式或楔形流量計(jì)等。水輪機(jī)人口水量、凝汽器循環(huán)水量及回?zé)釞C(jī)組的回?zé)嵴羝榷际谴蠊軓剑?nbsp; 400mm以上）的流量測(cè)量參數(shù)，由于加工創(chuàng)造困難和壓損大，一般都不選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。根據(jù)被測(cè)介質(zhì)特件及測(cè)量準(zhǔn)確度要求，分別采用插入式流量計(jì)、測(cè)速元件配差壓計(jì)、超聲波流量計(jì)，或采用標(biāo)記法、模擬法等無(wú)能損方式測(cè)流量．
    為保證流量計(jì)使用壽命及準(zhǔn)確性，選型時(shí)還要注意儀表的防振要求。在濕熱地區(qū)要選擇濕熱式儀表。
    正確地選擇儀表的規(guī)格，也是保證儀表使用壽命和準(zhǔn)確度的重要一環(huán)。應(yīng)特別注意靜壓及耐溫的選擇。儀表的靜壓即耐壓程度，它應(yīng)稍大于被測(cè)介質(zhì)的工作壓力，一般取1．25倍，以保證不發(fā)生泄漏或意外。量程范圍的選擇，主要是儀表刻度上限的選擇。選小了，易過(guò)載，損壞儀表；選大了，有礙于測(cè)量的準(zhǔn)確性。一般選為實(shí)際運(yùn)行中zui大流量值的1．2一1．3倍。
    安裝在生產(chǎn)管道上*運(yùn)行的接觸式儀表，還應(yīng)考慮流量測(cè)量元件所造成的能量損失。一般情況下，在同一生產(chǎn)管道中不應(yīng)選用多個(gè)壓損較大的測(cè)量元件，如節(jié)流元件等。
    總之，沒(méi)有一種測(cè)量方式或流量計(jì)對(duì)各種流體及流動(dòng)情況都能適應(yīng)的．不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu)，要求不同的測(cè)量操作、使用方法和使用條件．每種型式都有它*的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，應(yīng)在對(duì)各種測(cè)量方式和儀表特性作全面比較的基礎(chǔ)上選擇適于生產(chǎn)要求的，既安生可靠又經(jīng)濟(jì)耐用的*型式．