引言

      流量測量與控制是自動控制的一個重要部分，對于降低工藝過程中原材料消耗、提高產品質量和經濟效益等有著重要的意義。工業過程常用的流量計有電磁流量計、孔板流量計、渦輪流量計、超聲波流量計、文丘里管等，這些流量計各有特點。尤其是電磁流量計因其測量不受被測流體密度、溫度、壓力、粘度和導電率變化的影響，測量值與流體的流速分布無關，精度高，測量范圍寬，線性好，零點穩定，耐腐蝕，抗磨損，可在高溫和水下安裝等特點，在工業生產過程中得到了廣泛的應用。但是，電磁流量計也有其不足，安裝使用不當會引起測量誤差，降低控制質量。本文以橫河公司的ADMAG AE（SE）系列電磁流量計為例，結合筆者的工程實踐，介紹電磁流量計安裝與使用的一些要點。

      1 電磁流量計的工作原理

      電磁流量計的工作以電磁感應定律為基礎，即當一個導體在電磁場中運動，并且運動方向垂直于電磁場時就會產生感應電動勢，所產生的感應電動勢的方向垂直于導體運動和電磁場運動的方向，感應電動勢的大小與導體的運動速度和磁場的磁通密度成正比。當導電流體以平均流速V（m/s）通過一根內徑為D（m）的管子時，若管子內存在一個磁通密度為B（T）的磁場，那么就可產生一個垂直于電磁場方向和流體流動方向的電動勢E：

                E＝DVB（V）               （1）

      容積流量Q為

            Q=πD²V/4 （m³/s）      （2）

      將式（1）代入式（2）得：

          Q=πDE/（4B）（m³/s）   （3）

      如果B是常數，那么從式（3）可看出，Q與E成正比。電磁流量轉換器把電動勢E放大并轉換成標準的4～20mA的信號或脈沖信號輸出，作為對應的流量信號輸出。

      1.1 雙頻率勵磁原理

      ADMAG AE（SE）電磁流量計采用雙頻率勵磁原理，在電磁流量計測量管內形成含有兩個頻率分量的電磁場：高頻勵磁分量一般不受液體干擾的影響，而低頻勵磁分量則有著的零點穩定性，根據高、低頻定時檢測到的各分量信號經過計算，便可得到流量信號。

      電磁流量計的測量原理如圖1所示，一個由高低頻分量迭加而成的電磁場通過勵磁線圈被施加到被測液體中，勵磁波形是在一個低頻矩形波上迭加一個高于市電頻率的矩形波而得到的波形。在產生的電動勢中，低頻分量通過一個大時間常數的積分電路獲得一個零穩定性好的平穩流量信號。而由漿液或低電導率流體產生的低頻噪聲可被不受噪聲影響的高頻采樣電路所抑制，有著同樣時間常數的流量信號經過一個差分電路以確定流速信號的變化，把這兩種不同頻率采樣所得的信號結合起來可獲得一個穩定實時的流速信號，該信號不受噪聲干擾，且有較高的零點穩定性。

      1.2 電磁流量計的組成

      電磁流量計主要由變送器（又稱一次裝置、檢出器或傳感器）和轉換器（又稱二次裝置或變換器）及流量顯示儀表3部分組成，如圖2所示。變送器的作用是將通過測量管的被測液體的流量轉換為相應的感應電勢。轉換器則是把電磁流量變送器輸出的與流量成比例的毫伏級電壓信號放大，并轉換成為可被工業儀表接收的標準直流電流信號或脈沖信號輸出，以便與其它儀表及調節器配合，實現流量的指示、記錄和運算。

      2 電磁流量計的安裝

      電磁流量計根據電磁感應原理工作，因此安裝時應遠離變頻器、變壓器、電動機等易產生電磁干擾的設備，并保證流過流量計的液體電導率基本均勻。同時還應注意以下幾方面：

      （1）要有“足夠”長度的上下游直管段

      為了使現場使用的流量儀表獲得與實流校驗相同的精度，一定要滿足規定的流動條件。電磁流量計工作時要求上游束流是充分發展的流動，下游配管件的擾動不會上溯影響測量值，即要求一定長度上下游直管段。多少才是“足夠”長度？一般要求在電磁流量計上游的各種閥門、彎管、縮徑管等距流量計的直管段的長度必須在5～10D以上（D是流量計的內徑），下游直管段長度應在2~3D以上。只有這樣才能保證上下游閥門或其它接頭不會影響流態。

      （2）液體應一直充滿管道

      電磁流量計可以水平、垂直或與水平成任何一角度安裝，但是管路結構必須保證測量管中始終充滿液體，否則就會產生誤差（由其工作原理決定）。

      （3）液體中無氣泡

      管路設計應確保液體中不會分離出氣泡。因為閥門動作時，會使管道中的壓力變化，從而產生氣泡，所以，流量計應安裝在閥的上游（這一點與其它測量的測控方式正好相反）。

      （4）接地

      由于電磁流量計的感應信號電壓很小，容易受噪聲的影響，因此流量計必須良好接地。電磁流量計都配有接地環，其作用是通過與液體接觸，建立液體接地，并且保護內村，只有這樣才能保證傳感器的基準電位、轉換器/放大器的基準電位都與被測液體電位相同，也與地電位相同，減少噪聲對測量結果的影響。

      3 電磁流量計的使用

      3.1 接線

      一般的過程測量儀表都是二線制儀表，電源和信號共用兩根電線。而電磁流量計則采用四線制，電源與信號線分開，既可用直流供電也可用交流供電，輸出信號既有電流信號也有脈沖和報警信號，接線時必須注意，不能將電源和信號線接錯，以免損壞流量計。

      3.2 參數設置

      電磁流量計從與流體的流速相對應的微小感應電壓中計算出體積流量，并輸出1個4～20mA的信號。為保證獲得正確的信號，使用前必須設定3個參數，即通徑、儀表系數和流量量程，其中前2個參數出廠時已經校好，用戶不需要設定，而流量量程即輸出電流為20mA時的瞬時流量值，使用前必須進行標定。此外，流量計的顯示模式、報警模式等也必須設定。流量計的參數設置（組態）有兩種方法：其一是利用顯示面板上的按鍵，其二則是利用手持智能終端。

      3.2.1 面板按鍵設定

      ADMAG AE（SE）系列電磁流量計一般都配有顯示面板，其上有6位LCD顯示器、3只按鍵和狀態指示燈等。利用SET、SHIFT和INC三個鍵的組合就可以設定所有的參數，如顯示模式、顯示單位、量程等。具體設定應參照電磁流量計的使用手冊。

      3.2.2 BT智能終端設定

      具有智能通信功能的儀表能與智能終端通信。橫河的智能終端有BT100、BT200等型號，簡稱BT智能終端，它們采用BRAIN協議，將1個±2mA。2.4kHz的調制信號選加到4～20mA的模擬信號上用作信號傳輸。由于調制信號是交流信號，所以迭加不會影響模擬信號的數值。

      BT智能終端與流量計的連接有兩種方式：其一是直接與流量計端蓋下面的BT端子相連，這種方式適用于現場調試或流量計不具備智能通信功能的情況；其二是與4~20mA直流信號線的連接，BT智能終端可以連接在從控制柜到流量計信號線的任何位置，距離可達2km，只要保證整個回路的負載電阻在250～750Ω之間，就可以可靠地通信。這種方式操作者不必去現場，在控制室就可對流量計迸行設置和在線監測，是使用最多的一種方式。

      BT智能終端采用菜單式操作，可以隨時顯示和修改電磁流量計的各種參數，其基本的操作有：

      （1）流量計自檢：任何流量計在使用以前或出現故障時，應首行自檢，利用流量計的自檢功能，可以了解流量計的狀態，確定故障的內容和范圍，以便檢修和維護。只有自檢正常的儀表才可正常工作。

      （2）量程調整：流量計在使用以前和使用一段時間以后，必須調校零點和量程，保證流量計輸出的20mA對應瞬時流量。無流量時輸出為4mA，即獲得一個與流量成正比的4～20mA信號，減少測量和轉換誤差。

      （3）顯示方式設置：流量計的顯示方式可以根據需要進行設置，如顯示的位數、顯示的單位、顯示瞬時流量或累積流量、顯示量值的大小或其百分比等，用戶可根據需要選擇。

      （4）報警設置：可以預先根據需要設定報警電流的大小，選擇報警輸出的方式，設定報警狀態等，以便在流量計出現故障時提醒操作者及時處理，避免故障進一步擴大。

      （5）其它設置：操作者還可根據實際情況設定流量計的時間常數，消除脈動流，改變液體的流向等。