電磁流量計

1. 1 工作原理

電磁流量計基于法拉弟電磁感應原理工作。當流過測量導管的導電流體以流速 V 作切割磁通密度為 B 的磁力線運動時，則在一對檢測電極之間檢測的感應電動所勢 E 所產生的電。壓 U 可用下式表示: U = K·B·D·V

式中 U—兩檢測電極之間的信號電壓，V; B—磁通密度，T; D—測量導管內徑，m; V—平均流速，m/s; k—比例常數。

 

通過測量導管的瞬時體積流量 Q 為: Q = π·D/( 4·K·B) ·U

 

由于測量導管內徑固定，勵磁電流恒定時，磁通密度 B 也恒定不變，故 U 與 Q 成線性關系，因此體積流量正比于電極間的信號電壓，測出此值并經過電路轉換即可得出體積流量 Q。傳感器結構，見圖 1，傳感器工作原理，見圖 2。

1. 2 優點

( 1) 精度較高，可達到 0. 2 ～ 0. 5 級。 

( 2) 無壓力損失，測量管內無阻礙流動部件，直管段要求較低。

( 3) 測量范圍大，電磁流量流量計的口徑范圍可從幾 mm 到 3 m。( 4) 電磁流量計測量被測流體工作狀態下的體積流量，測量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。

( 5) 轉換器采用 16 位高性能微處理器，2 × 16LCD 顯示，參數設定方便，編程可靠。 

( 6) 轉換器可與傳感器組成一體型或分離型。 

( 7) 耐用，使用壽命長，一般使用年限為 10 ～ 20 年以上。 

 

1. 3 缺點

( 1) 電磁流量計的應用有一定局限性，它只能測量導電介質的液體流量，不能測量非導電介質的流體，例如，氣體和水處理較好的供熱用水。在高溫條件下需要選擇適合的襯里。 

( 2) 測量管道內必須完全充滿液體，不滿管的情況下容易引起流量計亂跳。 

( 3) 電磁流量計的安裝與調試比其它流量計復雜，且要求更嚴格。變送器和轉換器必須配套使用，兩者之間不能用 2 種不同型號的儀表配用。在安裝變送器時，從安裝地點的選擇到具體的安裝調試，必須嚴格按照產品說明書要求進行。安裝地點不能有振動，不能有強磁場。在安裝時必須使變送器和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器的電位與被測流體等電位。在使用時，必須排盡測量管中存留的氣體，否則會造成較大的測量誤差。 

( 4) 電磁流量計用來測量帶有污垢的粘性液體時，粘性物或沉淀物附著在測量管內壁或電極上，使變送器輸出電勢變化，帶來測量誤差，電極上污垢物達到一定厚度，可能導致儀表無法測量。 

( 5) 供水管道結垢或磨損改變內徑尺寸，將影響原定的流量值，造成測量誤差。如 100 mm 口徑儀表內徑變化 1 mm 會帶來約 2% 附加誤差。

( 6) 電磁流量計價格較高，比超聲波流量計的價格高。電磁流量計的價格與管徑成正比，隨著管徑的增大價格也相對增高。 

 

2 超聲波流量計

2. 1 工作原理

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統 3 部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，超聲波通過在流體中傳播傳輸到接收收器，接收器接收到的超聲波信號可以檢測出流體的流速，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應，采用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振動。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用壓電效應。

 

超聲波流量計按測量原理分類有: 傳播速度差法、多普勒效應法、波束偏移法、相關法、噪聲法等等。由于傳播速度差法克服了聲波隨流體溫度變化帶來的誤差，準確度較高，所以被廣泛采用。傳播速度差法又分為: Z 法( 透過法) 、V 法( 反射法) 、X 法( 交叉法) 等。按安裝方式分類有: 外夾式、插入式、管段式、便攜式。便攜式超聲波流量計主要用于對已安裝的其他流量計進行校對。 

 

2. 2 優點

( 1) 超聲波流量計是一種非接觸式測量儀表，可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會改變流體的流動狀態，不會產生壓力損失，且便于安裝。

 ( 2) 可以測量強腐蝕性介質和非導電介質的流量。

 ( 3) 超聲波流量計的測量范圍寬，測量口徑范圍從 2 cm ～ 6. 5 m。

( 4) 超聲波流量計可以測量各種液體和污水流量。 ( 5) 超聲波流量計測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數的影響。可以做成固定式和便攜式兩種形式。 

( 6) 插入式和外夾式超聲流量計可不停產安裝和維護，無需切斷工藝管道。 

( 7) 成本相對較低。 

 

2. 3 缺點

( 1) 超聲波流量計的溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于 200℃的流體。 

( 2) 抗干擾能力差。易受氣泡、結垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。 

( 3) 直管段要求嚴格，為前 10 D，后 5 D，離泵 30 D 的距離( D 為管道內直徑) 。否則離散性差，測量精度差。 

( 4) 安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差。 

( 5) 測量管道因結垢，會嚴重影響測量準確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴重時儀表無流量顯示。 

( 6) 可靠性、精度等級不高( 一般為 1. 5 ～ 2. 5 級左右) ，重復性差。超聲波流量計是通過測量流體速度再乘以管道內截面積來確定流量。而該流量計無法直接測量內徑和管道圓度，只能根據外徑、壁厚按標準圓估算截面積，由此帶來的不確定性已超過 1% ，因此精度受到限制。 

( 7) 使用壽命短( 一般精度只能保證 2 年) 。 

( 8) 超聲波流量計的準確度比電磁流量計的準確度低( 超聲波流量計一般為 1% ，而電磁流量計一般為 0. 5% ) 。 

( 9) 影響超聲波流量計準確度的不確定因素較多( 如直管段是否足夠、管道里水的流態、管壁積垢、氣泡、溫度變化、噪 聲、人為因素等) 。 

( 10) 超聲波流量計對管道的要求非常嚴格，不能有異響，否則會影響測量誤差很大。 

 

3 經驗及建議

( 1) 流量計周圍的測量環境，因為 2 種流量計均易受電磁波干擾，如果在流量計的周圍有發射電磁波的物體，那么就不適宜安裝，盡量避開產生強電磁場( 如大電機，大變壓) 的設備。 

( 2) 根據測量性質來分，如果在測量時對瞬時流量要求嚴格，更適合安裝電磁流量計。 

( 3) 超聲波流量計更推薦使用在大中口徑較重要的流量檢測點，被測的流程管道要形狀規則，壁厚均勻，無銹斑、無沉淀、積液等( 盡可能選“帶管段”的形式) ，否則雷諾數無法修正的那么精確。 

( 4) 超聲波流量計可以實現非接觸測量。采用外夾式的方式，該種測量方式具有安裝簡單、快速、好維護、無需斷流的優點，但是也存在一些缺點，一是安裝不牢固的話，如果路面有震動容易脫落或者移位。二是傳感器與管道貼合處需要涂抹專用耦合劑，有效期為 2 年，2 年后如果不重新涂抹影響計量精度，或者不能正常工作。如果沒有特殊情況不建議使用該種安裝方式。

( 5) 插入式超聲波流量計與插入式電磁流量計非常大的特點是安裝時比較方便，可以不停電、停水，可以帶壓安裝。對于尺型管道來說，性價比非常優越。大型管道安裝流量計多采用這樣的插入式流量計。該種安裝方式探頭容易結垢，換能器探頭部位管道內的結垢比較嚴重的話，就要考慮進行管道內部的清潔和除垢，以確保流量計正常工作，精度不受影響。實際工作中，可以以檢修段為限，進行管道內的清潔，或者敲打管道壁，以震落結垢層。建議 1 年清洗 1 次。 

( 6) 插入式超聲波流量計安裝過程中，精確測量 2 個換能器的安裝距離非常重要，直接影響表的測量精度，需多次測量確認。

( 7) 按照國家計量檢定規程超聲波流量計每 3 年檢定 1 次，電磁流量計每半年檢定 1 次。為了測量精準建議監測企業按照規定按時檢定。檢測方法常用的有 2 種，超聲波流量計比對法和清水池容積法。可根據實際情況選擇不同的檢定方式。如果作為標準表的超聲波流量計必須定期送國家授權的計量技術機構進行檢定。 

( 8) 電磁流量計量程范圍的選擇對提高流量計工作的可靠性及測量精度有很大的關系，根據不低于預計的非常大流量值的原則選擇滿量程。正常常用流量非常好超過滿量程的 50% ，這樣就可以獲得較高的測量精度。電磁流量計只能測 0. 1 m/s 以上的流速，低于此流速電磁流量計就很難正確測量。所以定貨初期要清楚流量范圍比，定貨時不能按原先管道口徑來定貨，非常好按實際流量來定儀表口徑。 

( 9) 流量計要同時具備模擬輸出和通訊輸出功能，通訊要求標準 Modbus － RTU 通訊協議，支持 GPRS 遠程通訊。可直接將水量輸出給傳輸設備。監測傳輸設備要遵循國家水資源監控能力建設項目的傳輸規約，否則不能順利將監測數據上報到自治區水利廳接收平臺。 

 

4 結束語

流量計是一種涉及多門學科的工業自動化儀表，隨著科技的進步，流量計的產品性能在不斷提高，也出現了更多的產品型號與類型，擴大了用戶的選擇范圍，也增加了選型難度，在眾多流量計中選出一款非常適合的就需要多比對、多了解，產品質量與計算設計技巧、制造工藝能力、電子器件產品質量、出廠標定設備水平等密切相關，同時又與使用現場環境條件、流體參數、管道安裝條件等密切相關。正確和有效地選擇測量方法和流量計，必須綜合多方面因素來考慮，提出非常優的方案，使流量計充分發揮它的作用，既能滿足測量要求又能降低運維成本。