电磁流量计测量原理

电磁流量计测量原理、安装及故障处理分析摘要：电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理研发而成的，用于测量高电导率流体体积流量的仪表。该流量计测量管外部安装励磁线圈，用于形成感应磁场；测量管内

部安装有两个垂直于感应磁场的测量电极，当导电流体流经感应磁场时形成一个

与流体平均速度成比例关系的感应电动势，经测量电极检出并传输至转换器，将

其转换为4-20mADC标准电流信号输出。电磁流量计一般用于测量酸、碱、盐溶液、

水（除除盐水、蒸汽冷凝液等高纯水外）、腐蚀性液体等高电导率流体流量，本

文介绍了电磁流量计的工作原理、安装注意事项、故障分析处理。

关键词：流量计原理安装故障

1 引言

在龙宇煤化工年产40万吨醋酸及配套工程项目中，电磁流量计主要用于测量循环水、灰水、高压工艺水、黑水、酸液、碱液等液体的流量。由于工艺介质复杂，灰渣等固体颗粒含量较大或介质腐蚀性较强，易结晶，不易选用其它类型的流量计，因此电磁流量计在此项目中应用比较普遍。下面是本人对电磁流量计从原理到安装及故障处理应用进行的分析，以便增强我们对电磁流量计的认识。

2 电磁流量计工作原理

电磁流量计是根据法拉第电磁感应原理研发而成的，用于测量高电导率流体体积流量的仪表，一般要求电导率在10-4～（5×10-6）S/cm之间。其原理是绝缘的测量管外部安装励磁线圈，用于形成感应磁场；测量管内部安装有两个垂直于感应磁场的测量电极，当导电流体流经感应磁场时形成一个与流体平均速度成比例关系的感应电动势，经测量电极检出并传输至转换器，将其转换为4-20mADC标准电流信号输出。

图1

常用的电磁流量计由传感器和信号转换变送器两部分组成，两者通过励磁电源线及信号线相互连接而成，其中传感器部分由带衬里的测量管、法兰、测量电极等组成。现我们以图1为例来分析以下电磁流量计的测量原理。如图1所示D为电磁流量计内径，B为电磁流量计磁场强度，其是由流量计管道正上和正下方两个平行的电磁线圈经过励磁以后形成的磁场强度值；V为导电流体平均流速；E为感应电动势，其中两个信号电极与电磁线圈形成的磁场必须成90度安装，才能接收最强的感应电动势E。根据法拉第电磁感应原理可以

得出：E=BDV，那么流体速度V=E/(DB)①。由于测量的体积流量Q=(πD2V)/4②，那么将①式代入②式得出体积流量Q=(πDE)/（4B）。由于管道内径D和磁场强度B为常数（磁场强度B由励磁电源电压及励磁线圈匝数决定，仪表定型后可确定），设为K，所以Q与感应电动式成正比关系即Q=KE，只要检测出感应电动势E，即可测出管道内流体流量。那么在电磁流量计投用之前，我们只需对电磁流量计进行参数设定（设定K），就能完成对管道内流体流量Q的测量。

信号转换变送器部分见图2，传感器检测的感应电动势E，经过信号转换放大处理后，由变送器变成标准4-20mADC电流信号输送至二次仪表或DCS显示，同时在电磁流量计显示器直接显示测量信息。

图2

3 电磁流量计安装注意事项

工程项目施工中，由于电磁流量计本体由工艺管道专业进行安装，仪表专业负责保管、检查、指导安装、维护和调试等工作。这就需要我们仪表技术人员与工艺技术人员进行良好的结合，做好电磁流量计安装技术要求，以免电磁流量计在安装过程中人为损坏以及投用时出现各种故障问题。

电磁流量计安装时需注意以下事项：

3.1 由于电磁流量计传感器的测量电极需与工艺管道绝缘，其测量管均带有衬里，材质一般为橡胶或聚四氟乙烯，不耐高温，因此在安装电磁流量计时要求法兰固定到流量计上后，先将法兰与工艺管道进行点焊定位（不能使法兰过热），然后拆除流量计，再进行满焊，等法兰冷却后回装流量计，以防止流量计衬里因高温损坏。

3.2 直管段要求：保证电磁流量计前直管段一般要求＞10D，至少＞5D，后直管段一般要求＞5D，至少＞2D（D为管道公称直径）。如果电磁流量计安装时无法满足以上直管段要求，将严重影响电磁流量计测量精度。

3.3 电磁流量计可以在水平管道安装也可以在垂直管道上安装：①在水平管道安装时，电磁流量计需要安装在水平管道的最低位置，且必须确保电极水平安装。因为介质流体在管道内流动有时会伴随有气泡，气泡较轻会往高处聚集。如果电磁流量计安装在水平管道的高点位置，高处聚集的气泡造成介质流体不能充满管道，造成电磁流量计大幅波动，测量精度严重下降。严重的会造成电极断路，电磁流量计无法进行测量。②在垂直管道上安装时，必须满足介质流体自下而上流，因为流体自下而上流时，流体较稳定并能保证满管的要求。而自上而下流介质流体，可能出现排空或流体无背压不能保证满管，造成电磁流量计不能正常测量。

3.4 电磁流量计缩颈安装时，一般要求采用渐缩管安装，渐缩管长度应满足前后直管段长度要求。

3.5 由于测量管均带有衬里，应尽可能避免测量管内出现负压，以防衬里脱落，造成仪表损毁。

3.6 电磁流量计安装环境应远离强磁场设备、变频器等电气干扰源，以防止干扰。

3.7 电磁流量计接地：因为电磁流量计感应信号很小，容易受到外界电磁信号的干扰，所以电磁流量计测量管需进行良好的接地。同时仪表两侧的工艺管道法兰需用跨接线进行跨接，以防止其它信号或电流对仪表造成干扰或损坏仪表。

3.8 选择震动小的场所，特别对一体型仪表。

3.9 尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体。

3.10 尽可能避免受阳光直照。

3.11 有些国产电磁流量计要求在管道内工艺介质未充满时，不得送电，否则将造成仪表变送单元损坏，因此安装之前应详细阅读仪表使用说明书，并按要求进行安装和投用。

4 电磁流量计故障分析与处理

在本项目施工过程中，有一台电磁流量计用于测量真空灰水泵出口黑水流量，在投用以后发现流量计示值异常波动，经现场实际检查电磁流量计前后直管段及接地系统符合安装要求，但是由于安装在灰水泵附近，泵运行以后因震动较大从而带动管道震动，我们要求工艺专业对电磁流量计安装管道进行加固，发现问题并没有彻底解决。然后我们考虑可能由于原始开车，流量计管道内部存在气体，造成电磁流量计管道内介质流体不满管并伴随着管道震动，出现显示值不准及波动的问题。因此我们打开流量计前的排气阀将管道内的气体慢慢排出，气体排出以后，指示值依旧异常波动，但是波动幅度有所下降。这样我们进一步考虑这种问题是由外部磁场干扰引起的。我们将电磁流量计电源断开，用万用表测量电极电动势，发现指示值时大时小不停波动，所以判断此现象应是由外界电磁干扰所致。判断出问题原因后，我们重新检查一遍电磁流量计的接地系统，并调节电极引线上的调0电位器，消除现场的电磁干扰所形成的电动势。从而电磁流量计故障得以解决。

5 结束语

综上所述，通过了解了电磁流量计的测量原理，得出电磁流量计的应用关键是防止测量电极出现断路，即必须确保管道内被测介质充满管道；其次就是防止电磁干扰。如果能够按照上述电磁流量计安装注意事项进行安装，就能够避免很多电磁流量计开表过程中不能正常投运的问题。

此次电磁流量计原理介绍、安装注意事项陈述和故障处理分析，能够加深我们对电磁流量计的深入了解，并运用科学方法及时解决出现的各种问题。

参考文献

（1）乐嘉谦仪表工手册 1997

（2）梦华刘娜厉玉鸣等化工仪表及自动化（第四版）