电磁流量计的相关介绍

电磁流量计的概述

电磁流量计（Electromagnetic Flowmeters，简称EMF）是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。 电磁流量计是应用电磁感应原理， 根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

电磁流量计的结构

电磁流量计的结构主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。

磁路系统：其作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用磁铁来实现，其优点是结构比较简单，受交流磁场的干扰较小，但它易使通过测量导管内的电解质液体极化，使正电极被负离子包围，负电极被正离子包围，即电极的极化现象，并导致两电极之间内阻增大，因而严重影响仪表正常工作。当管道直径较大时，磁铁相应也很大，笨重且不经济，所以电磁流量计一般采用交变磁场，且是50HZ工频电源激励产生的。

测量导管：其作用是让被测导电性液体通过。为了使磁力线通过测量导管时磁通量被分流或短路，测量导管必须采用不导磁、低导电率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。

电极：其作用是引出和被测量成正比的感应电势信号。电极一般用非导磁的不锈钢制成，且被要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。它的安装位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度。

外壳：应用铁磁材料制成，是分配制度励磁线圈的外罩，并隔离外磁场的干扰。

衬里：在测量导管的内侧及法兰密封面上，有一层完整的电绝缘衬里。它直接接触被测液体，其作用是增加测量导管的耐腐蚀性，防止感应电势被金属测量导管管壁短路。衬里材料多为耐腐蚀、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。

转换器：由液体流动产生的感应电势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，转换器的作用就是将感应电势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。其任务是把电极检测到的感应电势信号Ex经放大转换成统一的标准直流信号。

电磁流量计的特点

1、测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；

2、测量管内流动部件，无压损，直管段要求较低。对浆液测量有的适应性；

3、合理选择传感器衬里和电极材料，即具有良好的耐腐蚀和耐磨损性；

4、转换器采用新颖励磁方式，功耗低、零点稳定、精确度高。流量范围度可达150：1；

5、转换器可与传感器组成一体型或分离型；

6、转换器采用16位高性能微处理器，2x16LCD显示，参数设定方便，编程可靠；

7、流量计为双向测量系统，内装三个积算器：正向总量、反向总量及差值总量；可显示正、反流量，并具有多种输出：电流、脉冲、数字通讯、HART；

8、转换器采用表面安装技术(SMT)，具有自检和自诊断功能；

9、测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。

10、测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。

11、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。

12、转换器采用国际的单片机（MCU）和表面贴装技术（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零点稳定，参数设定方便。点击中文显示LCD，显示累积流量，瞬时流量、流速、流量百分比等。

13、双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。

电磁流量计的使用方法

电磁流量计有两个运行状态：自动测量状态和参数设置状态。

　　仪表通电时，自动进入测量状态。在自动测量状态下，电磁流量计自动完成各测量功能并显示相应的测量数据。在参数设置状态下，用户使用四个面板键，完成仪表参数设置。

　　1、按键功能

1.1自动测量状态下键功能

　　下键：循环选择屏幕下行显示内容；

　　上键：循环选择屏幕上行显示内容；

　　复合键+确认键：进入参数设置状态；

　　确认键：返回自动测量状态；

　　测量状态下，LCD显示器对比度的调节：小液晶是通过“复合键+上键”或“复合键+下键”按数秒钟；大液晶是通过调节大液晶背面的电位器来实现。

　　1.2参数设置状态下键功能

　　下键：光标处数字减1；

　　上键：光标处数字加1；

　　复合键+下键：光标左移；

　　复合键+上键：光标右移；

　　确认键：进入/退出子菜单；

　　确认键：在任意状态下，连续按下两秒钟，返回自动测量状态。

　　注：1.使用“复合键”时，应先按下复合键再同时按住上“上键”或“下键”

　　2.在参数设置状态下，3分钟内没有按键操作，仪表自动返回测量状态。

　　3.流量零点修正的流向选择，可将光标移至最左面的“+”或“—”用“上键”或“下键”切换使之与实际流向相反。

　　4.流量的单位选择，可将光标移至“流量量程设置”菜单的原显示的流量单位下，然后用“上键”或“下键”切换使之符合需要。

　　2、参数设置功能键操作

　　要进行电磁流量计参数设定或修改，必须使流量计从测量状态进入参数设置状态。在测量状态下，按“复合键+确认键”出现状态转换密码（0000），根据保密级别，按厂家提供的密码对应修改。再按“复合键+确认键”后，则进入需要的参数设置状态。

电磁流量计安装的相关要求

电磁流量计简单说是由流量传感器变送器组成的。电磁流量计的安装要求是一定要安装在管路的点或者管路的垂直段，但是一定是在满管的情况下，对直管段要求是前5D后3D，这样才能保证电磁流量计的使用和对精度的要求。电磁流量计的测量原理不依赖流量的特性，如果管路内有一定的湍流与漩涡产生在非测量区内（如：弯头、切向限流或上游有半开的截止阀）则与测量无关。如果在测量区内有稳态的涡流则会影响测量的稳定性和测量的精度，这时则应采取一些措施以稳定流速分布：1. 增加前后直管段的长度；2. 采用一个流量稳定器；3. 减少测量点的截面。

1．对外部环境的要求

1．1．流量计应避免安装在温度变化很大或受到设备高温辐射的场所，若必须安装时，须有隔热、通风的措施。

1．2．流量计安装在室内，若必须安装于室外，应避免雨水淋浇，积水受淹及太阳暴晒，须有防潮和防晒措施。

1．3．流量计应避免安装在含有腐蚀性气体的环境中，必须安装时，须有通风措施。

1．4．为了安装、维护、保养方便，在流量计周围需有充裕的安装空间。

1．5．流量计安装场所应避免有磁场及强振动源，如管道振动大，在流量计两边应有固定管道的支座。

 2. 管道式电磁流量计

2．1．对直段的要求

为了改善涡流与流场畸变的影响，流量计安装的前、后直管段长度有一定要求，否则会影响测量精度（也可安装整流器，尽量避免在靠近调节阀和半开阀门之后安装）。

2．2．对工艺管的要求

流量计对安装点的上、下游工艺管有一定的要求，否则影响测量精度。

a．上、下游工艺管的内径与传感器的内径相同，并应满足：0.98DN≤D≤1.05DN（式中DN：传感器内径，D：工艺管内径）

b．工艺管与传感器必须同心，同轴偏差应不大于0.05DN

2．3．旁通管的要求

为了方便检修流量计，为流量计安装旁通管，另外，对重污染流体及流量计需清而流体不能停止的，必须安装旁通管。

a．方便流量计的检修

b．对重污染流体必须安装

c．流体不能停止而流量计需清洗

3．插入式电磁流量计安装要求

3．1．对直管段的要求

入口/出口直管段：入口应≥10×DN；出口应≥5×DN

3．2．对接地点要求

为了使仪表可靠的工作，提高测量精度，不受外界寄生电势的干扰/传感器应有良好的接地，接地电阻小于10.（若金属管道接地良好时，无须专设接地装置）3．3 对安装位置要求如图所示

插入电磁流量计根据现场管路情况不一，不加装球阀的流量计，应在不带压倒管路上安装（即不带压安装可选择不加装球阀的流量计），在管道上开孔直径50，准备把连接焊管焊接在管道的开孔上；对于要求不断流装卸或不允许介质溢出的场合，须加装球阀，即选择带球阀结构的插入式电磁流量计；在管道上开孔直径50，准备把连接焊管焊接在管道的开孔上。

插入式电磁流量计选型

测量范围 :　推荐使用范围： 0.5m/s～10m/s连续可调 。使用范围：0.2m/s～15m/s连续可调

信号输出：1、开关量可设为： 脉冲输出（1000HZ）；高 /低流量报警；空管报警；流量方向示意；

故障报警；2、电流输出：4-20mA输出

组态方式：1、通过三个手动键现场组态。 2、通过遥控器现场组态。 3、通过手操器进行现场组态。

记忆：EEPROM不会消失之记忆体，无需电池保存。

说明

电磁流量计广泛应用于污水，氟化工，生产用水，自来水行业以及医药，钢铁等等诸多方面。由于原理决定了它只能测导电液体。虽说它在可靠性和稳定性方面都比其它种类的流量计要好许多，但客户在实际使用过程中，还是会发生一些问题，下面我就电磁流量计在选型和安装上详细说一下：

一，和其它流量计一样，虽然电磁流量计它的测量范围比是30：1，比涡街流量计和差压式流量计都要高，但也是有限制的，许多客户定表时，常常把它和水表相比较，以为可以测量很低的流速，一般情况下，它只能测0.1m/s.低于此流速电磁流量计就很难正确测量。所以定货初期对流量范围比要搞清楚。定货时不能按原先管道口径来定货，按你实际流量来定仪表口径。

二，和其它流量计一样，电磁流量计对安装前后直管道也有要求，只不过比其它类流量计要求更低，但最关健一点要满足：就是满管，再满管。不满管的情况下容易引起流量计乱跳：

三，和其它流量计一样，电磁流量计也有防护等级，一般一体式的防护等级为IP65，分体式的为IP68(针对传感器而言)，如果客户对仪表安装环境有要求，安装地点在地下阴井或其它一些潮湿的地方，建议客户选用分体式的。以免选错对仪表造成损害。

四，电磁流量计可以测腐蚀性液体，但定货初期客户要正确提供其它测量介质属性，以免选型时对电极选型上的错误，导致传感器在后期使用过程中报废，给客户带来不便和经济上的损失。

五，电磁流量计虽说可靠性比较好，一般情况下不会损坏，但由于其原理决定，传感器电极表面一直和液体接触，时间久了，电极表面比较容易受污染。所以电磁流量计一般情况下，客户有条件拆的情况下，建议一年到一年半之间拆出来清洗一次电极以保证流量计整机的测量精度。任何仪器仪表都是需要“保养”的，电磁流量计也不例外。

六，在主管线是垂直管线时，一般情况下，要求水流是自下而上，尽量不要自上而下。后者容易引起流量波动比较大。安装除了满管以外，这点也是很重要的，其次就是前后直管道的距离了。

选择便于维修，活动方便的地方。流量计应安装在水泵后端，决不能在抽吸侧安装；阀门应安装在流量下游侧。

电磁流量计的工作原理

电磁流量计根据法兰第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线想垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流速成正比例，其值为 ：E=B*V*D*K，其中，E为感应电势，B为磁感应强度，V为导电液体平均流速；D为电极间距；K为磁场分布于轴向长度有关的系数；传感器将感应电动势作为流量信号，传送到转换器，经放大，变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。

电磁流量计的日常维护

仅需对仪表作周期性直观检查，检查仪表周围环境，扫除尘垢，确保不进水和其他物质，检查接线是否良好，检查仪表附近有否新装强电磁场设备或有新装电线横跨仪表。若是测量介质容易沾污电极或在测量管壁内沉淀、结垢、应定期作清垢、清洗。

故障查找

流量计开始投运或正常投运一段时间后发现仪表工作不正常，应首先检查流量计外部情况，如电源是否良好、管道是否泄露或处于非满管状态、管道内是否有气泡、信号电缆是否损坏、转换器输出信号（即后位仪表输入回路）是否开路。切记盲目拆修流量计。

传感器检查

测试设备：500MΩ绝缘电阻测试仪一台，万用表一只。

测试步骤：

（1）在管道充满介质的情况下，用万用表测量接线端子A、B与C之间的电阻值，A-C、B-C之间的阻值应大至相等。若差异在1倍以上，可能是电极出现渗漏、测量管外壁或接线盒内有冷凝水吸附。

（2） 在衬里干燥情况下，用MΩ表测A-C、B-C之间的绝缘电阻（应大于200MΩ）。再用万用表测量端子A、B与测量管内二只电极的电阻（应呈短路连通状态）。若绝缘电阻很小，说明电极渗漏，应将整套流量计返厂维修。若绝缘有所下降但仍有50MΩ以上且步骤（1）的检查结果正常，则可能是测量管外壁受潮，可用热风机对外壳内部进行烘干。

（3） 用万用表测量X、Y之间的电阻，若超过200Ω，则励磁线圈及其引出线可能开路或接触不良。拆下端子板检查。

（4） 检查X、Y与C之间的绝缘电阻，应在200MΩ以上，若有所下降，用热风对外壳内部进行烘干处理。实际运行时，线圈绝缘性下降将导致测量误差增大、仪表输出信号不稳定。

（5） 如判定传感器有故障，请与电磁流量计生产厂家联系，一般现场无法解决，需到厂家维修。

转换器检查

如判定是转换器故障，经检查外部原因没问题的情况下，请与电磁流量计生产厂家联系，厂家一般会采取更换线路板的方式解决。

电极的维护

1.在使用电磁流量计之前，要先用标准的PH值溶液来标定电磁流量计。标定之后在操作之前，大家一定要注意先用蒸馏水把电磁流量计的电极清洗一遍，然后再用测液清洗再一次清洗电极。

2.如果不使用电磁流量计，要取下电磁流量计电极的时候，大家要注意不要让电极的触感器与硬物碰撞了，否则只要是出现损伤都会影响到电极的使用的。

3.使用电磁流量计结束之后，大家要把电磁流量计的电极套给套上，里面少放一些饱和溶液，只要保证电极的球泡是湿润的就可以了，但是记住不要放在蒸馏水中浸泡。

4.平常要注意电极保持干净，不要让它的两边输出出现了短路的情况，不然的话会使得测量不准确，影响电磁流量计的使用的。

其实，维护电磁流量计电极的方法还有很多，大家在使用过程中要多加注意，不要因为自己一点小小的疏忽造成了电磁流量计日后无法正常使用。

故障分析

1．调试期故障

调试期故障一般出现在仪表安装调试阶段，一经排除，在以后相同条件下不会再出现。常见的调试期故障通常由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。

2. 安装方面

通常是电磁流量传感器安装位置不正确引起的故障，常见的如将传感器安装在易积聚气体的管系点；或安装在自上而下的垂直管上，可能出现排空；或传感器后无背压，流体直接排入大气而形成测量管内非满管。

3. 环境方面

通常主要是管道杂散电流干扰，空间强电磁波干扰，大型电机磁场干扰等。管道杂散电流干扰通常采取良好的单独接地保护就可获得满意结果，但如遇到强大的杂散电流(如电解车间管道，有时在两电极上感应的交流电势峰值Vpp可高达1V)，尚需采取另外措施和流量传感器与管道绝缘等。空间电磁波干扰一般经信号电缆引入，通常采用单层或多层屏蔽予以保护。

4. 流体方面

被测液体中含有均匀分布的微小气泡通常不影响电磁流量计的正常工作，但随着气泡的增大，仪

表输出信号会出现波动，若气泡大到足以遮盖整个电极表面时，随着气泡流过电极会使电极回路瞬间断路而使输出信号出现更大的波动。

低频方波励磁的电磁流量计测量固体含量过多浆液时，也将产生浆液噪声，使输出信号产生波动。

测量混合介质时，如果在混合未均匀前就进入流量传感进行测量，也将使输出信号产生波动。

电极材料与被测介质选配不当，也将由于化学作用或极化现象而影响正常测量。应根据仪表选用或有关手册正确选配电极材料。

5. 运行期故障

运行期故障是电磁流量计经调试并正常运行一段时期后出现的故障，常见的运行期故障基本由流量传感器内壁附着层、雷电打击和环境条件变化等因素引起。

6. 传感器内壁附着层

由于电磁流量计常用来测量脏污流体，运行一段时间后，常会在传感器内壁积聚附着层而产生故障。这些故障往往是由于附着层的电导率太大或太小造成的。若附着物为绝缘层，则电极回路将出现断路，仪表不能正常工作；若附着层电导率显著高于流体电导率，则电极回路将出现短路，

仪表也不能正常工作。所以，应及时清除电磁流量计测量管内的附着结垢层。

7. 雷电打击

雷击容易在仪表线路中感应出高电压和浪涌电流，使仪表损坏。它主要通过电源线或或者励磁线圈或者传感器与转换器之间的流量信号线等相关途径引入，尤其是从控制室电源线引入占绝大部分。

8. 环境条件变化

在调试期间由于环境条件尚好(例如没有干扰源)，流量计工作正常，此时往往容易疏忽安装条件(例如接地并不怎么良好)。在这种情况下，一旦环境条件变化，运行期间出现新的干扰源(如在流量计附近管道上进行电焊，附近安装上大型变压器等)，就会表的正常工作，流量计的输出输出信号就会出现波动。

常见故障

典型故障诊断及处理

1. 无流量输出。检查电源部分是否存在故障，测试电源电压是否正常；测试保险丝通断；检查传感器箭头是否与流体流向一致，如不一致调换传感器安装方向；检查传感器是否充满流体，如没有充满流体，更换管道或垂直安装。

2. 信号越来越小或突然下降。测试两电极间绝缘是否破坏或被短路，两电极间电阻值正常在(70～100)Ω之间；测量管内壁可能沉积污垢，应清洗和擦拭电极，切勿划伤内衬。测量管衬里是否破坏，如破坏应予以更换。

3. 零点不稳定，检查介质是否充满测量管及介质中是否存在气泡，如有气泡可在上游加装消气器，如水平安装可改成垂直安装；检查仪表接地是否完好，如不好，应进行三级接地(接地电阻≤100Ω)；检查介质电导率应不小于5μs/cm；检查介质是否淤积于测量管中，清除时注意不要将内衬划伤。

4. 流量指示值与实际值不符。检查传感器中的流体是否充满管，有无气泡，如有气泡可在上游加装消气器；检查各接地情况是否良好；检查流量计上游是否有阀，如有，移至下游或使之全开；检查转换器量程设定是否正确，如不对，重新设定正确量程。

5. 示值在某一区间波动。检查环境条件是否发生变化，如出现新干扰源及其他影响仪表正常工作的磁源或震动等，应及时清除干扰或将流量计移位；检查测试信号电缆，用绝缘胶带进行端部处理，使导线、内屏蔽层、外屏蔽层、壳体之间不相互接触。

选用电磁流量计测量流量的流体必须是导电的，因此不导电的气体、蒸汽、油类、丙铜等物质不能选用电磁流量计测量流量。

运行故障

经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障，常见故障原因有：流量传感器内壁附着层，雷电击，环境条件变化。

1、内壁附着层

由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。

2、雷电击

雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流，进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径：电源线，传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析，引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的，其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到，不仅电磁流量计出现故障，控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现任已有若于设计单位队识和探索解决这一问题，如齐鲁石化设计院[1]。

3、环境条件变化

主要原因同上节调试期故障环境方面，只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计，调试期因无厂扰源，仪表运行正常，然而在运行期出现新干扰源（例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊）表正常运行，出现输出信号大幅度波动。