電磁流量計(jì)的選型要點(diǎn)

閻 翠

（河鋼宣鋼公司，河北，張家口 075100）

電磁流量計(jì)（Eletromagnetic Flowmeters，簡(jiǎn)稱EMF）是20世紀(jì)50-60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。它是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，是用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表，目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)，各種漿液流量測(cè)量，形成了獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1 電磁流量計(jì)具體結(jié)構(gòu)

在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計(jì)由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，分體型則中間采用專用的電纜進(jìn)行連接。傳感器安裝在工業(yè)過(guò)程管道上，它的作用是將流進(jìn)管道內(nèi)的液體體積流量值變換成感應(yīng)的mV電勢(shì)信號(hào)，并通過(guò)傳輸線將此信號(hào)送到轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器將傳感器送來(lái)的流量電勢(shì)信號(hào)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成流量信號(hào)成正比的標(biāo)電信號(hào)輸出，以進(jìn)行顯示、累積和調(diào)節(jié)控制。

在電磁流量計(jì)的使用過(guò)程中，流量計(jì)的前期選型尤為重要。它不但關(guān)系著流量計(jì)的測(cè)量性能，還影響著其使用壽命，更有甚者根本無(wú)法正常使用，因此在選型過(guò)程中，我們要及時(shí)充分同客戶溝通，了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的工藝情況，保證流量計(jì)適用的當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)工況。下面主要分幾個(gè)方面闡述選型過(guò)程中轉(zhuǎn)換器和傳感器應(yīng)該注意的要點(diǎn)。

1 精度等級(jí)和功能

在選用電磁流量計(jì)的精確度等級(jí)時(shí)，首先考慮的是儀表的使用場(chǎng)合，因?yàn)椴煌膱?chǎng)合用戶對(duì)流量計(jì)的精度要求是不一樣的，比如貿(mào)易結(jié)算，要求精度高，可選用0.5級(jí)或更高，而一般的過(guò)程控制，根據(jù)實(shí)際工況選擇0.5級(jí)或1.0級(jí)；另外在一些簡(jiǎn)單的流量監(jiān)控場(chǎng)合，用戶只需對(duì)流量趨勢(shì)做一些簡(jiǎn)單的判斷和控制，這種場(chǎng)合可采用插入式的電磁流量計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)安裝也方便。

在功能上，目前電磁流量計(jì)多采用了新一代的ARM技術(shù)的CPU，功能強(qiáng)大，不僅具有模擬量、頻率輸出，還支持HART現(xiàn)場(chǎng)總線及標(biāo)準(zhǔn)MODBUS通訊，可供不同的用戶選擇；在按鍵設(shè)計(jì)上各有特點(diǎn)，如紅外觸摸，讓用戶做到了無(wú)需開蓋即可設(shè)置組態(tài)流量計(jì)，也保證了在防爆場(chǎng)合的使用；在供電選擇上，可選擇220AC供電，也可選擇24VDC供電，適用不同的現(xiàn)場(chǎng)要求。

2 測(cè)量介質(zhì)流速、與口徑

測(cè)量一般的介質(zhì)時(shí)，電磁流量計(jì)的測(cè)量流速在0.5m/s~12m/s，口徑也盡量同管道體一致。但有些場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)流速偏低，則必須做縮徑處理，提高流速，保證在流量計(jì)的測(cè)量精度范圍內(nèi)?？趶缴蠌腄N10到DN2000均是常用口徑，適用于不同的場(chǎng)合需求。對(duì)于一些特殊的介質(zhì)，如易粘附、易沉積、積垢的流體，流速應(yīng)不低于2m/s，最好提高到3m/s～4m/s，這樣可以避免粘附、沉積和結(jié)垢發(fā)生，若測(cè)量的電極受到結(jié)垢等因素的影響，可能導(dǎo)致測(cè)量不正常。而對(duì)于磨損性較強(qiáng)的漿液，一般流速控制在2m/s～3m/s，從而降低對(duì)電極和襯里的磨損。測(cè)量低電導(dǎo)率的流體，則盡可能選擇低流速，因?yàn)榱魉偬岣邥r(shí)流動(dòng)的噪聲會(huì)增加，從而可能導(dǎo)致流量信號(hào)輸出波動(dòng)現(xiàn)象。

3 電極材料和接地環(huán)材料

電極和接地環(huán)直接和測(cè)量的介質(zhì)相接觸，接地環(huán)一般使用在測(cè)量管道為絕緣性或金屬管道內(nèi)壁加絕緣襯里的場(chǎng)合。

測(cè)量的電極有不同的材料，包括了316L，哈氏合金B(yǎng)、C，鉭等，主要保證材料在不同的介質(zhì)場(chǎng)合不受介質(zhì)的腐蝕，因?yàn)楦g電極后，有可能介質(zhì)順著電極腐蝕的方向直接滲透到傳感器的表體，最終導(dǎo)致整個(gè)流量計(jì)的損壞；另外在選用電極時(shí)也要考慮電極可能同測(cè)量介質(zhì)產(chǎn)生的電極表面效應(yīng)，可能導(dǎo)致電極表面產(chǎn)生氧化膜，或絕緣層而影響測(cè)量。

（Ti）能耐海水、各種氯化物和次氯酸鹽、氧化性酸（包括發(fā)煙硝酸）、有機(jī)酸、堿等的腐蝕，不耐較純的還原性酸（如硫酸、鹽酸）的腐蝕。但如果酸中含有氧化劑（如硝酸、Fe3+、Cu2+）時(shí)，則腐蝕大為降低。

接地環(huán)在電磁流量計(jì)的測(cè)量時(shí)有著及其重要的作用，接地環(huán)材料應(yīng)與電極相同，否則易產(chǎn)生電化學(xué)的極化電勢(shì)。一般選用316L或哈氏合金，從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用鉭、鉑等貴重金屬。金屬管道和介質(zhì)直接接觸，接地線直接和金屬管道或法蘭連接，所以不需要接地環(huán)。

表1 電極材料性能表

表2 襯里材料性能表

4 襯里材料

目前常用的襯里材料有各種橡膠、氟塑料和陶瓷等。

氯丁橡膠價(jià)格低廉，用于非腐蝕或弱腐蝕液體，如工業(yè)供水、污水和弱酸堿液。聚氨酯橡膠有良好的耐磨性，相當(dāng)于天然橡膠10倍以上的耐磨性，適用于含有固體顆粒的漿液，如水煤漿。氟塑料具有良好的耐化學(xué)腐蝕，其中以聚四氟乙烯化學(xué)穩(wěn)定性最好，但是耐磨性差，不能用于含有固體顆粒的漿液，同時(shí)PTFE由于不易和不銹鋼表體很好地粘結(jié)在一起，所以若現(xiàn)場(chǎng)的溫度壓力急劇變化或有負(fù)壓時(shí)，很容易發(fā)生脫落，從而導(dǎo)致儀表輸出不穩(wěn)定或損壞。

氧化鋁陶瓷具有極好的耐磨性和耐腐蝕性能，其耐磨性要比聚氨酯高10倍，適用于有腐蝕性的、含有固體顆粒的漿液，如腐蝕性礦漿。但是由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜，技術(shù)難度高，目前國(guó)內(nèi)還處于發(fā)展階段，國(guó)外也只能做到DN200以下的通徑測(cè)量管。

5 介質(zhì)溫度、壓力及安裝環(huán)境

由于電磁流量計(jì)的襯里材料及傳感器線圈特性，決定了電磁流量計(jì)不可能耐太高的溫度，一般上限溫度l50℃，同時(shí)必須考慮到電子單元的使用環(huán)境溫度，若溫度較高，則必須采用分體式。介質(zhì)最高工作溫度和最低工作溫度都必須在流量計(jì)規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，保證襯里材料的使用溫度。

在介質(zhì)的壓力分類上，電磁流量計(jì)的公稱壓力大概分為以下幾個(gè)等級(jí)：

4.0MPa（DN10～DN80）

1.6Mpa（DN100～DN150）

1.0Mpa（DN200～DN1000）

0.6Mpa（DN1000～DN2000）

特殊要求則需另外提出。

6 介質(zhì)電導(dǎo)率

我們知道，使用電磁流量計(jì)的先決條件是被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電的，至少不能低于儀表規(guī)定使用的5us/cm，導(dǎo)電率低于這個(gè)值會(huì)使測(cè)量誤差過(guò)大甚至不能使用。實(shí)際使用過(guò)程中也經(jīng)常受一些條件的限制，比如分體型導(dǎo)線長(zhǎng)度的影響。一般分體型的導(dǎo)線長(zhǎng)度受介質(zhì)電導(dǎo)率影響，一般5us/cm的介質(zhì)測(cè)量導(dǎo)線最長(zhǎng)5m，10us/cm的介質(zhì)測(cè)量導(dǎo)線為10m，以此類推，最長(zhǎng)不能超過(guò)100m，我們一般建議最好在50m以內(nèi)使用，以保證測(cè)量的性能。

一般工業(yè)水及水溶液的電導(dǎo)率大于100us/cm，酸、堿、鹽溶液的電導(dǎo)率在100us/cm～10000us/cm，低度蒸餾水在10us/cm左右，都能正常使用電磁流量計(jì)。石油及其制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率很低，一般不能使用電磁流量計(jì)。

需要注意的是，一般從參考書上查到的電導(dǎo)率是純液體時(shí)的電導(dǎo)率，而工程實(shí)際使用的介質(zhì)成分比較復(fù)雜，加上溫度影響，往往和資料上的數(shù)據(jù)不完全一致，必要時(shí)還需要現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)定；同時(shí)有些純液體在資料上查出的電導(dǎo)率低于規(guī)定值，但是實(shí)際上使用時(shí)會(huì)有些雜質(zhì)，這類雜質(zhì)的存在增加了電導(dǎo)率，以致電磁流量計(jì)可能可以使用，因此必要時(shí)還是需要取樣測(cè)定介質(zhì)的導(dǎo)電率。

以上我們從六個(gè)方面簡(jiǎn)單介紹了在電磁流量計(jì)選擇過(guò)程中應(yīng)該注意的要點(diǎn)，當(dāng)然，為了保證流量計(jì)可靠穩(wěn)定地工作，我們還需要獲得更多現(xiàn)場(chǎng)的第一手資料，包括安裝位置的影響等等，我們都不能忽略，往往會(huì)由于一個(gè)細(xì)小的環(huán)節(jié)疏忽導(dǎo)致流量計(jì)不能可靠工作，那都是得不償失的。因此，我們最后強(qiáng)調(diào)，在選型的過(guò)程中要牢牢把握以上幾個(gè)要點(diǎn)，以確保電磁流量計(jì)的成功應(yīng)用。