电磁流量计1.工作原理1．1 传感器电磁流量计是一种应用法拉第电磁感应定律的流量计,用于测量封闭管道中导电液体和浆液的体积流量。

电磁流量计由电磁流量传感器和电磁流量转换器两大部分组成。

图1为传感器工作原理图示：图1 电磁流量计工作原理示意图中： B：磁通密度，和励磁线圈中通过的双向脉冲恒定励磁电流成正比，是一常数。

D ：导管内径，常数。

U E：信号电压v ：导电介质的平均流速如图1所示，根据电磁感应定律，导电性液体介质在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，在与流动方向垂直的方向上产生与流速成比例的感应电势，即在信号电极上产生信号电压U E。

U=BLV U可测，B一定，L一定.U E∝ B * D * v D，B均为常数，故可计算出流速，进而计算出流量Q v ：s=πR2Q v = (π/4) * D2 * v1．2 转换器工作原理通用的仪器仪表不能检测电极上感应的信号,只能由配套转换器完成。

从传感器电极输出的流量信号有以下特点：①是以介质为参考点(0V)的差动信号。

故必须把介质电位作为信号地(0V)传输到转换器。

传感器法兰和管道法兰必须“电气“连通，流量计在塑料管道等非金属管道使用时,必须加接地环或接地发兰，或传感器加接地电极。

②信号微弱。

U E∝ B * D * v D为常数；B∝In In为励磁线圈的安匝数；在一定流速下,欲增大流量信号,仅能增大磁通密度B.而B又正比于励磁电流I和励磁线圈n. 但增大励磁电流I不符合节能的原则,增加励磁线圈匝数n会使传感器变得笨重,线圈电阻的增加又影响励磁电流的恒流性能。

现在厂家通常用几百mA～几十mA的励磁电流产生0.X～0.0X mV(V=1m/s时)信号。

而电子技术和电子元件的发展使接收如此微弱的信号成为可能。

③信号内阻大。

传感器作为流量信号的电压源，其内阻R0为：1R0,传感器的信号内阻,Ω;R0=σdσ,介质电导率,S/cm ;d,电极直径,cm ,通常d=1cm.自来水:σ≈200μs/cm =2×10-4 s/cm, R0=5KΩ高档电磁流量计允许的电导率下限:σ≈5μs/cm =5×10-6 s/cm，R0=200KΩ传感器作为流量信号的电压源有如此之高的内阻,对信号的传输和接收都提出了较高的要求.④干扰多,幅度大。

如: 共摸干扰, 微分干扰等。

共摸干扰: 由静电感应引起的在两个电极上产生的大小相等,方向相同的干扰电压：a. 励磁线圈对电极存在绝缘电阻和分布电容,此分布阻抗和流体内阻构成了分压回路,两电极上就产生了励磁电压的分压值; b. 在传感器与转换器地线之间存在着接地电阻, 杂散电流在接地电阻上的压降,使两电极对转换器输入端形成电位差,即共摸干扰. 杂散电流以50Hz工频电流居多.微分干扰: 变压器效应引起的. 由一电极引线--一电极---流体内阻--另一电极--另一电极引线构成了一匝回路;而通过电极的测量管假想剖面不可能完全垂直,总有少许磁力线通过这个剖面,即通过上述一匝回路,感应出电压.此电压沿两引线传输至转换器输入端,但它并不反映流量变化,是一种干扰,并与励磁电干扰有的是外部引入的,如. 杂散电流引起的共摸干扰;有的是电磁流量计结构特点和工作原理引起的,如微分干扰.根据上述电磁流量传感器的工作原理和信号特点，电磁流量转换器的电子线路通常包含以下几部分：①抑制干扰，接收,放大,转换流量信号。

根据流量信号为差动信号,且内阻大,具有共摸干扰的特点, 输入级采用高输入阻抗,高共摸抑制比,低噪声,低飘移的运算放大器,构成差动放大输入电路。

高档的转换器可达到输入阻抗Ri=1010Ω，共模抑制比CMRR=120db。

图3 传感器内阻图3表示: 传感器可以看成具有内阻Ro的信号电压源 ,当转换器输入放大级的输入阻抗Ri＞＞Ro时,才能精确检测信号电压Ue。

分离型信号传输采用多重屏蔽电缆,且内层屏蔽采用屏蔽驱动技术,使内层屏蔽与芯线等电位,外层屏蔽接地以防止干扰。

如此,内层屏蔽与芯线间的分布电容对信号不分流,防止信号的衰减。

更重要的是,避免了两路信号不对称的衰减,使共摸干扰变为差动干扰.而差动干扰信号更难抑制。

如开封厂E-mag E 型转换器上标有“DS1“和“DS2“的端子，意即“屏蔽驱动“，“DRIVE SCREEN“之缩写;又因为存在微分干扰及励磁线圈电感的积分作用,每半个励磁周期的起始阶段不稳定,所以对流量信号沿每半周期的后半段取样，即所谓同步采样技术（图5）。

图5 同步采样转换器将流量信号放大转换后,在经相应的电路处理，可显示流量、总量等参数，并能输出脉冲、模拟电流等信号。

②向传感器提供励磁电流的高效恒流源。

励磁波形的改进是电磁流量计更新换代的标志之一.由原来的工频正旋波励磁发展到现在的矩形波励磁,三值波励磁,双频励磁,以至多频励磁,使功耗降低,零点稳定性提高,干扰减少,并更能适应桨液测量。

励磁电源为双向脉冲恒流源,稳定性要求较高,长期工作电流值的漂移不应超过万分之五; 而不同仪表恒流源的不一致性,可以用转换器增益系数补偿; 此为工厂系数,用户不可访问。

③智能化的转换器一般还包括：a.对信号进行智能化的处理,转换和显示，如自诊断,自动增益控制,自稳零,自动剔除粗大误差等。

b.提供智能化的操作界面：参数设臵,输出信号智能化-----不用多个电位器,开关等,用几个按键,磁键设臵所有参数,选择范围宽。

磁键设臵可以不开盖,适于防爆仪表现场带电操作。

图6 E-mag E智能转换器c.数字通讯-----RS232,RS485, HART , PROFIBUS等。

图7 E-mag E转换器的RS232通讯接口下面是E-mag E型电磁流量转换器的框图，具有一定的代表性：输入部分的局部放大图：图8 E-mag E型电磁流量转换器的框图转换器采用新颖励磁方式，使得流量计具有优越的零点稳定性和测量精确度。

转换器向传感器提供精确的、频率可变的、双向恒流驱动电流，以驱动传感器励磁线圈。

本身工作频率由单片机计算机控，不受电源频率变化的影响。

励磁电路在磁场倒向时由能量恢复系统提供一个高的反向电压，加速克服反向时的磁场阻力，降低功耗。

流经流量计的流量在传感器电极上产生一个微弱的差分信号，输入至转换器的测量系统。

经高输入阻抗放大器放大、滤波和自动零点调整及增益控制后，再经高性能、高精度SVFC转换，将模拟信号转换为数字量。

单片机计算机将数字信号采样后，计算出流速以及期望得到的各测量值、模拟输出、脉冲输出值等。

LCD液晶显示器显示各测量值。

2．电磁流量计的特点根据上述电磁流量计的工作原理和结构特点,可以看出:电磁流量计的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易阻塞,适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。

电磁流量计不产生因检测流量所形成的压力损失，仪表的阻力仅是同一长度管道的沿程阻力，节能效果显著，对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。

电磁流量计所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化明显的影响。

与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低。

测量范围度大，可选流量范围宽。

满度值液体流速可在0.5～10m/s内选定，有些可达15m/s。

智能仪表在出厂标定后，可在现场根据需要扩大和缩小流量范围，不必取下再作离线实流标定。

仪表输出本质上是线性的。

电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m （图9）。

可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率很多。

图9 开封仪表厂生产的2600mm电磁流量计易于选择与流体接触件的材料品种，即电极材料，衬里材料和接地法兰材料，可应用于腐蚀性及具有一定磨蚀型流体。

电磁流量计不能测量电导率低于5μs/cm的液体，如石油制品, 有机溶剂等。

不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。

3. 电磁流量计的技术数据厂家在说明书和选型样本中有详细叙述,下面仅选几项解释。

3．1 产品技术标准我国的产品标准是JB/T9248-1999《电磁流量计》，JB/T57196-1999《电磁流量计产品质量分等》开封仪表厂执行该标准及其他相关标准。

3．2精确度精度高的电磁流量计基本误差为（±0.2%～±0.5%）R，精度低的则为（±1%～±2.5%）FS。

后跟R的是用仪表的示值误差除以被测量约定真值，并以的百分数表示的基本误差限，也称相对误差；后跟FS的是用仪表的示值误差除以范围上限值，并以的百分数表示的基本误差限, 也称引用误差。

比较正规的制造厂都有自己受控的产品实流校验规程，如开封仪表有限公司规程规定，0.3级的流量计其测量精度为±0.3%R，在参比工作条件下，流量计实流校验测量精度控制在±0.28% R内，优于行业标准。

测量精度可用误差曲线直观地表示，制造厂给出的误差曲线表示流量计在其测量范围内线性度变化的趋势，与给出的精确度指标是相对应的。

以开封仪表厂的DN15～DN600电磁流量计为例：（见图10）图10 误差曲线精确度为：示值的±0.3%（流速≥ 1m/s）；或±3 mm/s （流速 < 1m/s）。

显然，曲线在1 mm/s处存在一拐点，当流速小于1m/s时，误差用±3 mm/s的测速误差表示，如折算成相对误差，则随流速的减小而增大，如：在0.5m/s时，流量计允许±0.6%R的误差；在0.3 m/s时，流量计允许±1.0%R的误差。

故在小流速（< 1m/s）时，用相对误差或引用误差表示的基本误差是一个变数；而用测速误差则可以简洁地用一常数表示。

此种表示方法符合国家标准GB/T 13283-91的规定，称为“示值误差”，同时也是国内外知名厂商的惯例。

如ROSEMOUNT的8700系列，在低流速时的误差提为±0.005ft/s或0.015ft/s。

电磁流量计制造厂所给出的流量计精度与误差曲线均指参比工作条件下的技术指标，用户应注意到与实际应用工况条件是有所区别的。

按行业标准规定的参比工作条件是：环境温度：20℃±2℃；相对湿度：60%～70%；供电电源：额定电压±1%；安装条件：上游直管段长度>10D；下游直管段长度>5D；预热时间：>15min。

流量计在工况条件下，因各种因素的影响，测量精度可能与制造厂在参比条件下给出的实流校验精度有所区别。

如按照行业标准，温度每变化10℃，输出变化不应大于仪表基本误差限的1/2，当温度变化20℃时，精度±0.3%的仪表可允许再有±0.3%的附加误差。