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电磁流量计的工作原理

2022-05-16 15:19:36

一、产品特点、用途和适用范围

1.1特点
电磁流量计具有以下特点:

  • 不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响,线性测量原理能实现高精确度测量;
  • 圈测量管内无阻流件,压损小,直管段要求低;
  • 公称通径DN6-DN2000覆盖范围宽,衬里和电极有多种选择,能满足测量多种导电流体的要求;
  • 转换器采用可编程频率低频矩形波励磁,提高了流量测量的稳定性,功率损耗小;
  • 转换器采用16位嵌入式微处理器,全数字处理,运算速度快,抗干扰能力强,测量可靠,精确度高,流量测量范围度可达1500:1;
  • 高清晰度背光LCD显示,全汉字菜单操作,使用方便,操作简单,易学易懂;
  • 具有RS485或RS232数字通讯信号输出;
  • 具有电导率测量功能,可以判别传感器是否空管;具有自检与自诊断功能;
  • 采用SMD器件和表面安装(SMT)技术,电路可靠性高;
  • 可用于相应的防爆场合。

1.2主要用途

         电磁流量计可用来测量封闭管道中导电流体的体积流量。广泛应用于石油、化工、钢铁冶金、给水排水、水利灌溉、水处理、环保污水测控、造纸、医药、食品等工农业生产工艺过程中的流量测量和控制。

1.3使用环境条件

环境温度: 传感器-25℃~+60℃        转换器-10℃~+60℃
相对湿度: 5%~95%

1.4工作条件

流体最高温度: 一体型70℃

分离型:  聚四氟乙烯衬里150℃

               氯丁橡胶衬里80℃

              高温橡胶120℃

               聚氨酯橡胶衬里70℃

流体电导率: 5uS/cra

二、工作原理

2.1数学物理模型
        电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。当一个导体在磁场内运动时,在与磁场方向、运动方向相互垂直方向的导体两端,会产生感应电动势。电动势的大小与导体运动速度和磁场的磁感应强度大小成正比。
        如图一,当导体电流体以平均流速V(m/s)通过装有一对测量电极的一根内径为 D(m)的绝缘导管内流动时,该管道处于一个均匀的磁感应强度为B(T)的磁场中,那么在一对电极上就会产生感应电动势E(V),他的方向垂直于磁场和流体的方向。

法拉第电磁感应定律为:E=B.D.V(1)

流量的体积流量为:Q=ID2/4 v(m/s)(2)

由公式(1)和(2)可得到:Qv=由公式(1)和(2)可得到:Qv=πD/4 E/B(m/s)    (3)
因此电动势可表示为:E=4B/πD Qv     (4)
         当B是一个常数时,对某一个固定的口径D也是一个已知数,公式(3)中Qv=πD/4 E/B(m/s)=K(一个常数),那么公式(3)可改写为:Q=K.E(m3/s) (5)
        从公式(5)可以看出,流量Qv与电动势E成正比。

 

2.2转换器电路结构
        电磁流量转换器一方面向电磁流量传感器励磁线圈提供稳定的励磁电流,以达到 B是一个常数时把传感器感应的电动势放大、转换成标准的电流信号或频率信号,便于流量的显示、控制与调节。图二所示为转换器电路结构。

三、电磁流量计结构组成

除了电源以外,常规的电磁流量计结构通常包括了传感器以及转换器两个部分。其中传感器将流经介质的流量转换成感应电势,接着感应电势交由转换器转换成信号(4-20MA)进行输出显示或者控制。具体结构如下:

壳体:铁磁材料,线圈外罩,隔离外部环境的干扰,保证电磁流量计磁场的正常工作状态;

导管:基础结构部分,保证介质(具备导电性)流通的管体,必须为不导磁材料如不锈钢、玻璃钢、碳钢等;

电极:其功能是提取与测量成比例的感应电势信号,电极通常由非磁性材料制成,并要求与衬里齐平,以免流体流动受阻。它的安装位置应在管道的垂直方向上,以防止沉积物积聚在管道上并影响测量精度。

磁路系统:其功能是产生均匀的DC或AC磁场,直流磁路由永磁体实现,其优点是结构相对简单,来自交流磁场的干扰较小,但容易使通过测量导管的电解液极化,从而使正极被负极包围,负极 被正离子包围。外壳是电极的极化现象,会导致两个电极的内部电阻增加,从而严重影响电表的正常运行。 当管直径大时,永磁体相应地大,笨重并且不经济。因此,电磁流量计通常使用交变磁场,并由50HZ工频电源激励产生。

转换器:液流产生的感应电势信号非常弱,并且受各种干扰因素的影响很大。转换器的作用是将感应电势信号放大并将其转换为统一的标准信号,并抑制主干扰信号。它的任务是将电极检测到的感应电势信号Ex放大并将其转换为统一的标准DC信号。

衬里:在测量管的内侧和法兰密封表面上有完整的电绝缘衬里。它直接接触待测液体,其功能是增加测量导管的耐腐蚀性,并防止感应电位因金属测量导管的壁而短路。衬里材料主要是耐腐蚀,耐高温,耐磨的聚四氟乙烯塑料,陶瓷等。

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