電磁流量計在化工生產(chǎn)中的應用

　　流量是化工生產(chǎn)中重要的測定參數(shù)之一，就測量導電液體流量而言，不管目的是監(jiān)控還是計量，EMF都能做到測量穩(wěn)定、可靠、精度高、易維護。在儀表選型和使用時，筆者結合實際應用總結一些要點介紹給大家供參考。

　　1 EMF的工作原理

　　EMF的基本原理是法拉第電磁感應定律，即導體在磁場中切割磁力運動時在其兩端產(chǎn)生感應電動勢。如圖1所示，在EMF測量管內(nèi)的導電介質(zhì)相當于法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。當有導電介質(zhì)流過時，則會產(chǎn)生感應電勢，由管道內(nèi)部的兩個電極測量并引出感應電壓。測量管道通過不導電的內(nèi)襯(橡膠，特氟隆等)實現(xiàn)流體與測量電極的電磁隔離。假設電磁感應線圈產(chǎn)生磁場強度B(T)為恒定，產(chǎn)生的感應電壓Ue(V)正比于流體平均速度V(m/s)，系數(shù)為k，測量管內(nèi)徑L(m)為已知，則體積流量Qv(m3/s)可通過如下公式計算：

　　EMF由流量傳感器和變送器兩大部分組成。傳感器測量管上下裝有勵磁線圈，通勵磁電流后產(chǎn)生磁場穿過測量管，一對電極裝在測量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應電勢，送到變送器。勵磁電流則由變送器提供。

　　2EMF的特點

　　1)結構簡單，EMF的測量管道是一段無阻流擾動件或節(jié)流件的光滑直管，不易發(fā)生堵塞、磨損等問題。因此，EMF特別適用于含固體顆?；蚶w維的液固兩相流體，如紙漿、泥漿、礦漿、煤水漿和污水等。

圖1測量原理

　　2)由于沒有節(jié)流件，儀表幾乎無壓力損失，僅消耗10～20W的電功率，這點與節(jié)流的差壓式流量計相比，其節(jié)能效果成為EMF發(fā)展的一大優(yōu)勢。

　　3)EMF所得的體積流量，實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導率變化的影響。

　　4)EMF測量范圍很大，通常為20∶1～50∶1，每個量程又可從2%～100%線性測量，EMF的測量范圍可涵蓋紊流和層流兩種速度分布狀態(tài)，這是其他流量計不能與之相比擬的。

　　5)測量原理是線性的，測量精確度高，反應速度快，可測脈動流量和快速累積總量，可測正反雙向流量，傳感器前后直管段要求低。

　　6)耐腐蝕性能好，使用可靠，維護方便，壽命長。

　　但是，EMF不能測量電導率很低的液體，如石油制品和有機溶劑等；不能測量氣體、蒸汽、和含有較多較大氣泡的液體；受襯里材料和電極絕緣材料的溫度限制，不能測量較高溫度的液體。

　　3EMF的選型考慮要點

　　在石油化工設計中，要選擇適合的流量儀表要考慮的因素很多，具體到EMF的特點，重點要求考慮四個方面的因素，即儀表性能、流量特性、安裝條件和環(huán)境條件。

　　3.1儀表性能

　　市場上EMF的功能差別也很大，簡單的就只是測量單向流量，只輸出模擬信號帶動后位儀表；多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報警、空管和電源切斷報警、小信號切除、流量顯示和總量計算、自動核對和故障自診斷、與上位機通信和運動組態(tài)等。有些型號儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和專用芯片(ASIC)，以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、FF現(xiàn)場總線等。

　　EMF的口徑范圍比其他品種流量儀表寬，如E+H公司提供W、P、H三種類型的傳感器，分別應用于水和污水行業(yè)(W型)，化工、食品行業(yè)(P型)，食品、制藥行業(yè)(H型)，口徑范圍從2毫米到2米。變送器可提供10、50、23、53多種選擇，10針對于水行業(yè)開發(fā)的經(jīng)濟型，50為普通型，53為增強型，23為兩線制。精度可有0.5%，0.2%兩種選擇?？蓽y正反雙向流量，也可測脈動流量。

　　用于易粘附、沉積、結垢等介質(zhì)，流速要求應不低于2m/s，最好提高到3～4m/s或以上，起到自清洗、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨蝕性強的流體，流速應低于2～3m/s，以降低襯里和電極的磨損。襯里、電極和接地環(huán)材料的選擇也很關鍵，可查閱適合不同介質(zhì)的有關“材料手冊”，如《自控常用材料器件手冊》。

　　3.2流體特性

　　使用EMF的前提是被測液體必須是導電的，不能低于閾值(即下限值)。電導率低于閾值會產(chǎn)生測量誤差直至不能使用，超過閾值即使變化也可以測量，示值誤差變化不大，通用型EMF的閾值在10-4～(5×10-6)S/cm之間，視型號而異。使用時還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號線長度及其分布電容，制造廠使用說明書中通常規(guī)定電導率相對應的信號線長度。

　　工業(yè)用水及其水溶液的電導率大于10-4S/cm，酸、堿、鹽液的電導率在10-4～10-1S/cm之間，使用不存在問題，低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問題。從資料上查到有些純液或水溶液電導率較低，認為不能使用，然而實際工作中會遇到因含有雜質(zhì)而能使用的實例，這類雜質(zhì)對增加電導率有利。對于水溶液，資料中的電導率是用純水配比在實驗室測得的，實際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比，電導率將比查得的要高，也有利于流量測量。

　　3.3安裝條件

　　按EMF自身的轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類，有分離型和一體型兩種。如在污水廠中大口徑流量計傳感器大多安裝在地下，所以建議選擇IP68(防塵防潛水級)，如果安裝在地上，建議選擇IP67(防塵防濺水級)。小口徑以一體式為多。通常EMF對安裝場所要求有：

　　a.測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的下游；測量化學反應管道時，要裝在反應充分完成段的下游；盡量滿足前后直管段分別不小于5D和2D；

　　b.盡可能避免測量管內(nèi)變成負壓；
　　c.選擇震動小的場所，特別對一體型儀表；
　　d.避免附近有大電機、大變壓器等，以免引起電磁場干擾；
　　e.易于實現(xiàn)傳感器單獨接地的場所；
　　f.盡可能避開周圍環(huán)境有高濃度腐蝕性氣體；
　　g.盡可能避免受陽光直照

　　3.4環(huán)境條件

　　一般儀表應用于爆炸性危險環(huán)境應按標準GB3836.1《爆炸性環(huán)境電氣設備通用要求》的規(guī)定，選擇適應使用場所環(huán)境的氣氛、爆炸性混合物的分級分組、設備類型以及其他安全規(guī)則或標準的儀表。另外，外界磁場、電氣干擾、環(huán)境溫度和濕度也是EMF選型的考慮要點。

　　4結束語

　　EMF使用方便，維護量小，主要是電極的清洗和更換，也有無電極型的EMF幾乎無需維護。當然對EMF定期進行在線標定和檢查也是非常必要的。只要對EMF性能、特點有了全面深入的了解，有了應付各種工況的策略，EMF一定會成為化工測量中的得力助手。