电磁流量计

电磁流量计

鲍英豪 制冷 081951

电磁流量计随着电子技术的进步而迅速发展。上世纪50年代初，电磁流量计就已实现了工业化应用，成为首先进入成熟应用的新一代仪表，近年来世界范围约占工业流量仪表的15%，国内市场的5%。它可在多种流型下进行流体流量测量。与其他流量测量仪表相比，电磁流量计具有一些突出的优点，例如，无可动部件，无阻碍被介质流动的节流部件，对被测流体的流动不产生附加压力损失，而仅有这管段的沿程阻力：测量有导电性的介质流量，而不受其温度、黏度、密度。压力等物理参数的影响；无机械惯性，反应灵敏，可测瞬时脉动流量；直线性好，测量准确度高，测量范围宽，耐腐蚀性能强等等，因此在众多流量仪表中，电磁流量计成为发展最快的流量仪表之一。其应用已遍及农业、国防、科研各部门。可以预料，在今后工农业生产高度自动化、高度信息化得发展中。在迫切需要节能和保护环境的情况下，电磁流量计将会有更大更快的发展。

发展历史：

电磁感应定律是1831年英国物理学家法拉第发现的。1832年法拉第在泰晤士河滑铁卢桥的两岸，选择与水流方向垂直的地磁场方向的地方，放下两个金属棒当作电极来测量河水的流速。这是世界上第一次电磁流量计的试验。

到了1917年，史密斯和斯皮雷安获得了应用电磁感应的原理制造船舶测速仪的专利，并推荐使用交流励磁来克服水的极化影响，从而开辟了电磁流速计在海洋学上的应用。

1932年前后，根据Fabre的建议，生物学家Willams、A．柯林利用电磁流量计测量

和记录瞬时的动脉血液流量获得了成功。

1950年，荷兰人首先在挖泥船上使用电磁流量计测量泥浆流量。后来电磁流量计在美国的一般工业生产中得到了应用。1955年日本的北辰电机和横河电机分别引进美国nscher&Porter公司和Foxboro公司的电磁流量计产品，经过不断地消化、吸收和改进，其电磁流量计很快进入世界先进行列。1955年前后，前苏联、英国、德国也成功地生产出电磁流量计。

20世纪80年代以来，微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使电磁流量计制造技术更加成熟和完善，其应用领域更加扩大。当代的电磁流量计采用单片机技术，用数字的处理方法等措施使电磁流量计的测量精度和性能不断提高，并可充分利用计算机具有信息贮存、分时处理、运算和控制能力的优势。因此，比较容易实现了双向测餐、空管检测、多量程自动切换、人机对话、与上位机通讯、自诊断等附加功能。新一代具有HART协议及其他现场总线的电磁流量汁更为用户实现全新的现场总线生产控制与管理提供了条件。所以电磁流量汁在化工、石油、钢铁、冶金等工业生产过程自动控制中越来越受欢迎。

我国早在20世纪50年代末就开始研制电磁流量计，60年代初上海光华仪表厂开始向社会提供产品。20世纪70年代中期，受先进工业国对电磁流量计的影响，我国电磁流量计理论的研究也进入了高潮。我国的电磁流量计是较早、较成功地走引进国外先进技术以及和国外先进企业合资的改革之路的高科技产品之一。这不仅使电磁流量计骨干生产企业得以迅速发展，而且带动了其他生产电磁流，肇计的中小型企业的技术进步。目前，我国生产电磁流量计基本是以低频矩形波励磁为主，逐步进入权重磁场和智能化流量计时代。生产厂家由20世纪80年代初期的4家发展到目前人约30多家；产量由年产不足干套到今灭已年产近三万套。无沦制造技术水平、升发能力还是市场发展，我国的电磁流量计与世界先进水平的距离在迅速地缩小。我国1980年制定了电磁流量计行业标准。随着技术

发展和进步，1999年又进行了修订，等同采用ISO国际标准(IS0 9l04：1991和ISO 6817：1992)的国家标准：GB／T 18659--2002[封闭管道中导电液体流量的测量 电磁流量计的性能评定方法]和GB／T18660---2002[封闭管道中导电液体流量的测量【电磁流量汁的使用方法】已经颁布。使得今后我国的电磁流量计能够与国际接轨，为发展我国的电磁流量计创造了条件。

工作原理：

所示图1在内径为D的管子里加上均匀的磁场B，当平均流速为V的导电流体通过时，产生的感应电动势为：

流过的容积流量为：

将（1）代入（2）得：

感应电势表示为：

将公式（4）两边除以磁场强度B得：

图2所示电磁流量计的电极部分。设管道内某点P，流过P点的速度为V，根据电磁感应定律，在P产生的感应电动势Ep与流速V和磁通量B乘积成比例。如图2所示的虚线表示电流的流动，由于这个电流的流动，电极间产生感应电动势电压E，E和Ep的关系为：

式中K是P点由管子内位置决定的函数称为电压分布率。实际上在管子的整个剖面都流过流体，因此电极产生的电压Et用式（6）在有关截面积S积分求得：

当K乘B的值一定，Et和Q成比例，即可根据测出的感应电动势Et，求出Q。

特点：

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，也没有任何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最低的流量仪表之一。

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。

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（在一定范围）的影响。

4）量程范围极宽，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。

不足----1）不能用来测量气体、蒸汽以及含有大量气体的液体。

2）不能用来测量电导率很低的液体介质，如对石油制品或有机溶剂等介质，目前电磁流量计还无能为力。

3）普通工业用电磁流量计由于测量管内衬材料和电气绝缘材料的限制，不能用于测量高温介质；如未经特殊处理，也不能用于低温介质的测量，以防止测量管外结露（结霜）破坏绝缘。

4）电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。

发展及应用：

发展前景和趋势：流量不仅是计量的重要数据，也是工业过程控制系统的重要参量，它的测量关系到企业的效益，产品质量。所以各国都很重视测量仪表的研制开发，电磁流量计是目前较为成熟又发展较快的流量体表。趋势：非满管电磁流量计的发展；电磁流量计内装温度检测元件以修正体积温度影响；电磁流量计从流程工业转向民用领域。

应用进展：1.非满管电磁流量计应用于具有表面自然流的下水排放领域，提高了该领域的测量精确度，将传统非满管或明渠流流量误差从3%到5%降低到1%到2%。2.测量更低电导率的液体：可测量比传统电磁流量计电导率阈值低2到3个数量级的液体，以前不能测量的甘油、乙二醇等现在都能测量。3.低功耗和两线制电磁流量计发展较快：低功耗电磁流量计采用干电池或太阳能电池成为可能，更方便地将电磁流量计用于无市电供电的场所。4.二维电磁流速计和多测量点插入式电磁流量计可进入水文实验应用领域。此外，插入式电磁流量计还参照匀速管的设计思路，在插入管上置入多套流速测量单元，提高测

量精度，使插入式电磁流量计在大管径应用上有利于低位。

行业分析：

目前我国已有多家公司生产电磁流量计，主要有开封仪表厂，上海光华，爱尔美特有限公司，上海横河电机有限公司等。从国际上看，不仅有测量满管的电磁流量计，而且出现非满管的流量计如（Fischer&Porter、东芝、Krohne），还出现二线制电磁流量计（如山武，东芝，日立，E+H），以及电池供电式电磁流量计（如英国ABBKent-Tayler公司的VBC型仪表）。

表1为MICONEX2002流量仪表参展商100余家数量，占全部参展商近50%，其中国内53家，国外厂商或代理商48家，参展产品几乎包括各大类流量仪表。由表1可知，国内厂商主要集中在差压、电磁、涡街流量显示仪几大类，而电磁流量计参展商比例就占12%。电磁流量计已近成为解决流量测量困难的重要工具，无论国内外都是重点发展的产品，本届国内参展厂商数仍居前列，国外参展商数仅次于超超声、质量流量计。

有人说，电磁流量计的用途扩展已结束，今后将是超声波流量计市场的扩大。但电磁流量计由于具有可靠性、耐腐蚀性、测量精度高、容易变更测量范围等特点，目前在石油、

化工、冶炼、造纸等行业仍得到广泛应用，其市场仍有很大的扩展空间。

参考文献：【流量测量技术及仪表】梁国伟 2002

【电磁流量计的现状和发展】蔡武昌 2002

【电磁流量计】蔡武昌、马中元 2004

【电磁流量计综述】邓昌闾 1996

【电磁流量计及其应用】魏金汇、肖秀芳 1997