（一）測量原理

根據法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應強度B，導體在磁場內的長度L及導體的運動速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，則

e＝Blu （3－35）

與此相仿．在磁感應強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速u流動時，導電流體就切割磁力線．如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極（圖3—17）則可以證明，只要管道內流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產生感生電動勢：

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＝ ＝ （3－37）

由上式可見，體積流量qv與感應電動勢e和測量管內徑D成線性關系，與磁場的磁感應強度B成反比，與其它物理參數無關．這就是電磁流量計的測量原理．

需要說明的是，要使式（3—37）嚴格成立，必須使測量條件滿足下列假定：

①磁場是均勻分布的恒定磁場；

②被測流體的流速軸對稱分布；

③被測液體是非磁性的；

④被測液體的電導率均勻且各向同性。

圖3－17 電磁流量計原理簡圖

1－磁極；2－電極；3－管道

（二）勵磁方式

勵磁方式即產生磁場的方式．由前述可知，為使式（3—37）嚴格成立，*個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場．為此，就需要選擇一種合適的勵磁方式。目前，一般有三種勵碰方式，即直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁．現分別予以介紹．

1．直流勵磁

直流勵磁方式用直流電產生磁場或采用*磁鐵，它能產生一個恒定的均勻磁場．這種直流勵磁變送器的zui大優點是受交流電磁場干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現象的影響．但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子．在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極．如圖3—18所示．這樣，將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作．所以，直流勵磁一般只用于測量非電解質液體，如液態金屬等．

圖3－18 直流勵磁方式

2．交流勵磁

目前，工業上使用的電磁流量計，大都采用工頻（50Hz）電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產生的，所以產生的磁場也是一個交變磁場．交變磁場變送器的主要優點是消除了電極表面的極化于擾．另外，由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號，放大和轉換低電平的交流信號要比直流信號容易得多．

如果交流磁場的磁感應強度為

B＝Bm sin t （3－38）

則電極上產生的感生電動勢為

e＝Bm D sin t （3－39）

被測體積流量為

qv= D （3－40）

式中 Bm――磁場磁感應強度的zui大值；

――勵磁電流的角頻率， ＝2 f；

t――時間；

f――電源頻率．

由式（3－40）可知，當測量管內徑D不變，磁感應強度Bm為一定值時，兩電極上輸出的感生電動勢e與流量qv成正比．這就是交流磁場電磁流量變送器的基本工作原理．

值得注意的是，用交流磁場會帶來一系列的電磁干擾問題．例如正交干擾．同相干擾等，這些干擾信號與有用的流量信號混雜在一起．因此，如何正確區分流量信號與干擾信號，并如何有效地抑制和排除各種干擾信號，就成為交流勵磁電磁流量計研制的重要課題。

3．低頻方波勵磁

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

圖3－19 方波勵磁電流波形

從圖3－19可見，在半個周期內，磁場是恒穩的直流磁場，它具有直流勵磁的特點，受電磁干擾影響很小．從整個時間過程看，方波信號又是一個交變的信號，所以它能克服直流勵滋易產生的極化現象．因此，低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在電磁流量計上廣泛的應用．概括一下，它具有如下幾個優點：

①能避免交流磁場的正交電磁干擾；

②消除由分布電容引起的工頻干擾；

③抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流；

④排除直流勵磁的極化現象．

電磁流量計

電磁流量計是60年代隨著電子技術的發展而迅速發展起來的新型流量測量儀表．它根據法拉第電磁感應定律制成，用來測量導電流體的體積流量。由于其*的優點，目前已廣泛地應用于工業上各種導電液體的測量．例如，測量各種酸、堿、鹽等腐蝕液體；各種易燃，易爆介質；各種工業污水，紙漿，泥漿等。

電磁流量計的主要特點是：

①電磁流量計的變送器結構簡單，沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節流部件，所以當流體通過時不會引起任何附加的壓力損失，同時它不會引起諸如磨損，堵塞等問題，特別適用于測量帶有固體顆粒的礦漿，污水等液固兩相流體，以及各種粘性較大的漿液等．同樣，由于它結構上無運動部件，故可通過附上耐腐蝕絕緣襯里和選擇耐腐材料制成電極，起到很好的耐腐蝕性能，使之可用于各種腐蝕性介質的測量．

②電磁流量計是—種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質的溫度．粘度、密度以及電導率（在一定范圍內）的影響．因此，電磁流量計只需經水標定以后，就可以用來測量其它導電性液體的流量，而不需要附加其它修正．

③電磁流量計的量程范圍極寬，同一臺電磁流量計的量程比可達1：100．此外，電磁流量計只與被測介質的平均流速成正比，而與軸對稱分布下的流動狀態（層流或紊流）無關．

④電磁流量計無機械慣性，反應靈敏，可以測量瞬時脈動流量，而且線性好．因此，可將測置信號直接用轉換器線性地轉換成標準信號輸出，可就地指示，也可遠距離傳送．

電磁流量計雖具有上述優良特性，但目前它還有一些不足之處，以致在使用上受到一定限制．主要有如下幾點：

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電導率很低的液體介質，被測液體介質的電導率不能低于10－5（S／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．

電磁流量計的選用與安裝

合理選用與正確安裝電磁流量計，對保證測量準確度、延長儀表的使用壽命都是很重要的．下面就電磁流量計的選用原則，安裝條件與使用注意事項做簡單介紹．

（一）電磁流量計的選用原則

電磁流量計的選用，主要是變送器的正確選用，而轉換器只需要與之配套就可以．

1．口徑與量程的選擇

變送器口徑通常選用與管道系統相同的口徑．如果管道系統有待設計，則可根據流量范圍和流速來選擇口徑．對于電磁流量計來說，流速以2—4m／s較為適宜．在特殊情況下，如液體中帶有固體顆粒，考慮到磨損的情況，可選常用流速≤3m／s，對于易附管理的流體．可選用流速≥2m／s．流速確定以后，可根據qv＝ D2 來確定變送器口徑．

變送器的量程可以根據兩條原則來選擇：一是儀表滿量程大于預計的zui大流量值；二是正常流量大于儀表滿量程的50％，以保證一定的測量精度．

2．溫度和壓力的選擇

電磁流量計能測量的流體壓力與溫度是有一定限制的．選用時，使用壓力必須低于該流量計規定的工作壓力．目前，國內生產的電磁流量計的工作壓力規格為：

小于 50mm口徑，工作壓力為1．6MPa；

900 mm口徑，工作壓力為1MPa；

大于 1000mm口徑，工作壓力為0．6MPa．

如對變送器耐壓有特殊要求，則可與生產廠家具體磋商．有的廠家已能制造耐壓為32MPa的電磁流量變送器．

電磁流量計的工作溫度取決于所用的襯里材料，一般為5—70℃．如做特殊處理，可以超過上述范圍，如天津自動化儀表三廠生產的耐磨耐腐蝕電磁流量計．變送器允許被測介質溫度為—40一十130℃．

3．內襯材料與電極樹料的選擇

變送器的內襯材料及電極材料必須根據介質的物理化學性質來正確選擇，否則儀表會由于襯里和電極的腐蝕而很快損壞，而且腐蝕性很強的介質一旦泄漏容易引起事故．因此，必須根據生產過程中的具體測量介質，慎重地選擇電極與襯里的材料．

（二）電磁流量計的安裝

要保證電磁流量計的測量精度，正確的安裝是很重要的．

①變送器應安裝在室內干燥通風處．避免安裝在環境溫度過高的地方，不應受強烈振動，盡量避開具有強烈磁場的設備，如大電機，變壓器等．避免安裝在有腐蝕性氣體的場合．安裝地點便于檢修．這是保證變送器正常運行的環境條件．

②為了保證變送器測量管內充滿被測介質，變迭器垂直安裝，流向自下而上．尤其是對于液固兩相流，必須垂直安裝．若現場只允許水平安裝，則必須保證兩電極在同一水平面

③變送器兩端應裝閥門和旁路．

④電磁流量變送器的電極所測出的幾毫伏交流電勢，是以變送器內液體電位為基礎的．為了使液體電位穩定并位變送器與流體保持等電位，以保證穩定地進行測量，變送器外殼與金屬管兩端應有良好的接地，轉換器外殼也應接地．接地電阻不能大于10 ，不能與其它電器設備的接地線共用。如果不能保證變送器外殼與金屬管道良好接觸，應用金屬導線將它們連接起來．再可靠接地．

⑤為了避免干擾信號，變送器和轉換器之間的信號必須用屏蔽導線傳輸．不允許把信號電纜和電源線平行放在同一電纜鋼管內．信號電纜長度一般不得超過30 m．

⑥轉換器安裝地點應避免交、直流強磁場和振動，環境溫度為—20一50℃，不含有腐蝕性氣體，相對濕度不大于80％．

⑦為了避免流速分相對測量的影響，流量調節閥應設置在變送器下游．對于小口徑的變送器來說，因為從電極中心到流量計進口端的距離已相當于好幾倍直徑D的長度，所以對上游直管可以不做規定．但對口徑較大的流量計，一般上游應有5D以上的直管段，下游一般不做直管段要求．