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电磁流量计的工作原理和优缺点

2019-12-10 18:16:26

 一,电磁流量计的发展历史
  电磁流量计是20世纪50,60年代随着半导体技术,电子技术的发展而发展起来的新型流量测量仪表.70,80年代电磁流量在技术上有重大突破,使它成为应用广泛的一类流量计.由于电磁流量计传感器中取得的流量信号非常微弱(通常在mV或uV级),流量信号很容易被各种现场的干扰信号所湮没,所以电磁流量计的发展与抗干扰技术的发展进步密切相关.
  早期的电磁流量计主要在恒定磁场或直流励磁磁场下测定流量的流速,但是由于流体介质的化效应和热电效应产生的干扰噪声问题,使电磁流量计很难从干扰噪声中分离出流量信号,从而电磁流量计的使用有限.
  二次大战后,为了减弱直流励磁磁场下电表面的严重化电势的影响,采用了工频正弦波励磁技术和正交干扰电路等多种抗干扰措施,但这又引入了电磁感应,静电藕合等50Hz工频干扰问题.无法   工频干扰噪声的影响,零点难以稳定,测量精度低,性差,是这一时期电磁流量计的主要问题.
  70年代中期,随着电子技术的发展和同步采样技术的问世,采用低频矩形波励磁技术,改变工频干扰的形态特征,利用工频同步采样技术,获得电磁流量计较好的抗工频干扰的能力,测量精度提高,零点稳定,性增强.
  80年代初采用三值低频矩形波励磁技术和动态校零技术,同步励磁,同步采样技术以获得电磁流量计   佳的零点稳定性,进一步提高抗工频干扰和化电势干扰的能力.
  90年代初采用双频矩形波励磁技术的电磁流量计的出现,标志着电磁流量计对于流体本身的噪声干扰处理进入了一个崭新的境界.双频矩形波励磁技术既能克服流体介质产生的泥浆干扰和流体流动噪声,又能具有低频矩形波励磁电磁流量计的零点稳压性,实现电磁流量计零点稳定性,抗干扰能力和响应速度的统一.
  二,电磁流量计的工作原理
  1,电磁流量计的测量原理
  电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律.当导电金属杆以   的速度做垂直于磁力线方向的运动时,会产生感应电压.
  2,电磁流量计的结构和分类
  电磁流量计在结构上一般可以分为电磁流量计传感器和信号转换器两部分.从组成的形式上可以分为一体型和分体型.
  传感器安装在现场被测管道中,负责产生流量信号.主要由测量管道,励磁线圈,电等组成.其中主要的部件一励磁线圈可以通过转换器或电源提供的电流产生   的磁场.
  信号转换器负责将传感器中测出的微弱信号进行放大,滤波,转换后产生标准的输出信号,以进行展示,记录,积算和调节控制.
  电磁流量计在电路功能上主要由电源电路,励磁电路,信号处理电路和信号输出电路组成.
  其中电源电路主要为各组电路提供工作电源.信号转换器中的励磁电路主要负责产生励磁电流和控制励磁方式.传感器中的励磁电路主要负责产生均匀的磁场.信号处理电路负责将传感器信号电上取得的流量信号经滤波/放大/积算后转换为流量数值.输出电路将流量数值转换为模拟信号或数字信号输出.
  三,电磁流量计在流量测量中的优点和不足
  1,电磁流量计相对于其他流量计的优点
  电磁流量计在原理设计上就有以下的优点:
  1)电磁流量计的传感器结构简单,测量管内没有可动部件,也阻碍流体流动的节流部件.所以当流体通过流量计时不会引起任何附加的压力损失,是流量计中运行能耗   低的流量仪表之一.
  2)可测量赃污介质,腐蚀性介质及悬浊性液固两相流的流量.这是由于仪表测量管内部无阻碍流动部件,与被测流体接触的只是测量管内衬和电,其材料可根据被测流体的性质来选择.例如,用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做内衬,可测量各种酸,碱,盐等腐蚀性介质;采用橡胶做内衬,就特别适合于测量带有固体颗粒的,磨损较大的矿浆,水泥浆等液固两相流以及各种带纤维液体和纸浆等悬浊液体.
  3)电磁流量计是一种体积流量测量仪表,在测量过程中,它不受被测介质的温度,粘度,密度以电导率(在   范围)的影响.因此,电磁流量计只需经水标定后,就可心用来测量其它导电性液体的流量.
  4)电磁流量计的输出只与被测介质的平均流速成正比,而与对称分布下的流动状态(层流或湍流)无关.所以电磁流量计的量程范围宽,其测量范围度可达100:1,有的甚至达1000:1的可运行流量范围.
  5)电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,也可测量正反两个方向的流量.
  6)工业用电磁流量计的口径范围宽,从几个毫米一直到几米,而且国内已有口径达3m的实流校验设备,为电磁流量计的应用和发展奠定了基础.
  2,电磁流量计对于其他流量计在测量原理上的不足
  从设计原理上看电磁流量计的不足在于:
  1)对于气体,蒸汽或含有大量气体的液体,电磁流量计无法测量.实际上由于流体电磁感应产生的带电粒子的移动无法穿越气体,所以液体中的气体对于电磁流量计而言是一种干扰的因素,是需要加以克服避免的.
  2)电磁流量计无法测量电导率很低的液体介质.电磁流量计使用的前提是被测液体   是导电的,不能低于阈值(即下限值).电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用,超过阈值即使变化也可以测量,示值误差变化不大.
  3)电磁流量计易受外界干扰的影响.外界的干扰主要是电磁藕合静电感应,被测流体介质特性产生的电化学干扰噪声和电磁流量计供电电源的电压和频率波动等电源干扰噪声.
  电磁流量计作为一种的流量计量仪表,目前被广泛的应用于化工,水处理,医药食品等行业.电磁流量计相对于其他类型的流量计有着显著的优点,但是随着应用的加深,其本身易受干扰的问题也日益突出.   二次大战后,为了减弱直流励磁磁场下电表面的严重化电势的影响,采用了工频正弦波励磁技术和正交干扰电路等多种抗干扰措施,但这又引入了电磁感应,静电藕合等50Hz工频干扰问题.无法   工频干扰噪声的影响,零点难以稳定,测量精度低,性差,是这一时期电磁流量计的主要问题.
  70年代中期,随着电子技术的发展和同步采样技术的问世,采用低频矩形波励磁技术,改变工频干扰的形态特征,利用工频同步采样技术,获得电磁流量计较好的抗工频干扰的能力,测量精度提高,零点稳定,性增强.
  80年代初采用三值低频矩形波励磁技术和动态校零技术,同步励磁,同步采样技术以获得电磁流量计   佳的零点稳定性,进一步提高抗工频干扰和化电势干扰的能力.
  90年代初采用双频矩形波励磁技术的电磁流量计的出现,标志着电磁流量计对于流体本身的噪声干扰处理进入了一个崭新的境界.双频矩形波励磁技术既能克服流体介质产生的泥浆干扰和流体流动噪声,又能具有低频矩形波励磁电磁流量计的零点稳压性,实现电磁流量计零点稳定性,抗干扰能力和响应速度的统一.
  二,电磁流量计的工作原理
  1,电磁流量计的测量原理
  电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律.当导电金属杆以   的速度做垂直于磁力线方向的运动时,会产生感应电压.
  2,电磁流量计的结构和分类
  电磁流量计在结构上一般可以分为电磁流量计传感器和信号转换器两部分.从组成的形式上可以分为一体型和分体型.
  传感器安装在现场被测管道中,负责产生流量信号.主要由测量管道,励磁线圈,电等组成.其中主要的部件一励磁线圈可以通过转换器或电源提供的电流产生   的磁场.
  信号转换器负责将传感器中测出的微弱信号进行放大,滤波,转换后产生标准的输出信号,以进行展示,记录,积算和调节控制.
  电磁流量计在电路功能上主要由电源电路,励磁电路,信号处理电路和信号输出电路组成.
  其中电源电路主要为各组电路提供工作电源.信号转换器中的励磁电路主要负责产生励磁电流和控制励磁方式.传感器中的励磁电路主要负责产生均匀的磁场.信号处理电路负责将传感器信号电上取得的流量信号经滤波/放大/积算后转换为流量数值.输出电路将流量数值转换为模拟信号或数字信号输出.
  三,电磁流量计在流量测量中的优点和不足
  1,电磁流量计相对于其他流量计的优点
  电磁流量计在原理设计上就有以下的优点:
  1)电磁流量计的传感器结构简单,测量管内没有可动部件,也阻碍流体流动的节流部件.所以当流体通过流量计时不会引起任何附加的压力损失,是流量计中运行能耗   低的流量仪表之一.
  2)可测量赃污介质,腐蚀性介质及悬浊性液固两相流的流量.这是由于仪表测量管内部无阻碍流动部件,与被测流体接触的只是测量管内衬和电,其材料可根据被测流体的性质来选择.例如,用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做内衬,可测量各种酸,碱,盐等腐蚀性介质;采用橡胶做内衬,就特别适合于测量带有固体颗粒的,磨损较大的矿浆,水泥浆等液固两相流以及各种带纤维液体和纸浆等悬浊液体.
  3)电磁流量计是一种体积流量测量仪表,在测量过程中,它不受被测介质的温度,粘度,密度以电导率(在   范围)的影响.因此,电磁流量计只需经水标定后,就可心用来测量其它导电性液体的流量.
  4)电磁流量计的输出只与被测介质的平均流速成正比,而与对称分布下的流动状态(层流或湍流)无关.所以电磁流量计的量程范围宽,其测量范围度可达100:1,有的甚至达1000:1的可运行流量范围.
  5)电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,也可测量正反两个方向的流量.
  6)工业用电磁流量计的口径范围宽,从几个毫米一直到几米,而且国内已有口径达3m的实流校验设备,为电磁流量计的应用和发展奠定了基础.
  2,电磁流量计对于其他流量计在测量原理上的不足
  从设计原理上看电磁流量计的不足在于:
  1)对于气体,蒸汽或含有大量气体的液体,电磁流量计无法测量.实际上由于流体电磁感应产生的带电粒子的移动无法穿越气体,所以液体中的气体对于电磁流量计而言是一种干扰的因素,是需要加以克服避免的.
  2)电磁流量计无法测量电导率很低的液体介质.电磁流量计使用的前提是被测液体   是导电的,不能低于阈值(即下限值).电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用,超过阈值即使变化也可以测量,示值误差变化不大.
  3)电磁流量计易受外界干扰的影响.外界的干扰主要是电磁藕合静电感应,被测流体介质特性产生的电化学干扰噪声和电磁流量计供电电源的电压和频率波动等电源干扰噪声.
  电磁流量计作为一种的流量计量仪表,目前被广泛的应用于化工,水处理,医药食品等行业.电磁流量计相对于其他类型的流量计有着显著的优点,但是随着应用的加深,其本身易受干扰的问题也日益突出. 体振动型流量计的缺点在于对表征流动速度信号以外的振动信号也很敏感,对测量计量有影响;而且不能用于测量低速流动的流动.
  2)质量流量计,它的直接测量对象为质量流速,不需要附加换算工作.较典型的有科里奥利流量计,其计量精度较高,缺点是会导致较大的压损.
  3)超声和电磁流量计是两种   为新型的流量计,它们都是利用流体在流动过程中产生的各种信号,通过检测信号的变化来获得流动信息.这类流量计其内部没有障碍物和活动部件,管道压损很小;在使用和维护等方面有较大优越性,在现在的信号检测处理技术,微机计算能力和电子技术发展的条件下,这两类流量计可以达到较宽的测量范围和较高的测量精度,这两类流量计正逐步进入贸易结算,交接计量等重要场合.但它们共同的缺陷在于其二次仪表获取的信号后,还需要经过各种换算才能流动速度和流量信息,因此原始信号的采集质量及其内部采用的流动模型准确程度会影响到整个测量精度.
  量值准确是计量工作的根本任务.随着科技,经济和社会的高速发展,计量的作用和意义越来越明显.如今可以毫不夸张地说,任何,任何领域,任何行业都直接或者间接地需要计量.门捷列夫曾经指出:"有测量,才有",计量水平的高低已经成为衡量一个   科技,经济和社会发展程度的重要标志之一.现代仪器仪表的发展水平也成为一个   科技水平和综合国力的重要体现.