電磁流量計(jì)的特點(diǎn)和勵(lì)磁方式

由于電磁流量計(jì)具有可靠性高、耐腐蝕性強(qiáng)、容易變更測(cè)量范圍等特點(diǎn), 在國(guó)內(nèi)外好多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用并重點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在我們所涉及的工程, 例如輕工行業(yè)中電磁流量計(jì)常應(yīng)用在食品、造紙、精細(xì)化工和污水處理等行業(yè), 用來(lái)測(cè)量乳液、番茄醬、啤酒、紙漿、填料、黑液、其他化學(xué)品等液體或具有氣液、液固兩相的液體流量。這些液體中除干凈液體外, 大多為易粘、易堵、含氣泡、含固體顆粒, 有的還具有強(qiáng)腐蝕性。目前, 電磁流量計(jì)具有傳感器、轉(zhuǎn)換器一體型和分離型（分體式電磁流量計(jì)）二種結(jié)構(gòu)形式, 高達(dá)IP68 的防護(hù)等級(jí), 多種可選的耐腐耐磨襯里和電極材料, 精度可達(dá)0. 2 級(jí),這使得電磁流量計(jì)基本上能滿足上述工況的流量測(cè)量需要。

一、電磁流量計(jì)的特點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

• ( 1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 無(wú)活動(dòng)部件和阻礙被測(cè)介質(zhì)流動(dòng)的擾動(dòng)件或節(jié)流件, 對(duì)易黏附和固液二相介質(zhì)不易發(fā)生管道堵塞、磨損等問(wèn)題?？蓮浹a(bǔ)質(zhì)量流量計(jì)不易測(cè)量此類介質(zhì)的不足。
• ( 2)智能電磁流量計(jì)是一種測(cè)量體積流量的儀表, 其測(cè)量不受流體的密度、溫度、壓力、粘度、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率的變化的影響。電磁流量計(jì)只需用水作為試驗(yàn)介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定, 而不需要作附加修正就可用來(lái)測(cè)量  其它導(dǎo)電性液體。這是其他流量計(jì)所不具備的優(yōu)點(diǎn)。
• ( 3) 電磁流量計(jì)測(cè)量范圍很大, 有的產(chǎn)品測(cè)量范圍達(dá)1000: 1。對(duì)同一口徑傳感器, 其滿量程只要介質(zhì)流速在0. 3~ 15m/ s 范圍內(nèi)可任意設(shè)定。電磁流量計(jì)的測(cè)量范圍可涵蓋紊流和層流狀態(tài)兩種速度分布狀態(tài), 這是差壓式流量計(jì)、渦輪式、渦街等流量計(jì)不能與之相比擬的。
• ( 4) 測(cè)量原理上是線性的, 測(cè)量準(zhǔn)確度高, 而且完全電信號(hào)輸出, 測(cè)量的反映速度快, 可測(cè)脈動(dòng)流量和快速累積總量。
• ( 5)防腐電磁流量計(jì)具有良好的 耐腐蝕性能。
• ( 6) 原理上是測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉? 對(duì)流速分布的要求較低。因此, 傳感器前后的直管段要求比其他流量計(jì)短。
• ( 7) 可測(cè)正、反兩個(gè)方向的流動(dòng)流體。

2、不足

•  ( 1) 電磁流量計(jì)不能用于測(cè)量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體。
•  ( 2) 電磁流量計(jì)目前還不能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電率很低的液體介質(zhì), 被測(cè)液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10- 5S/ cm( 相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率) 。對(duì)石油制品或者有機(jī)溶劑等還無(wú)能為力。
•  ( 3) 由于測(cè)量管絕緣襯里材料受溫度的限制, 目前工業(yè)電磁流量計(jì)還不能測(cè)量高溫高壓流體。
•  ( 4) 電磁流量計(jì)受流速分布影響, 在軸對(duì)稱分布的條件下, 流量信號(hào)與平均流速成正比。所以, 電磁流量計(jì)前后也必須有一定長(zhǎng)度的前后直管段。
•  ( 5) 電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響。

二、勵(lì)磁方式對(duì)測(cè)量的影響

   電磁流量計(jì)的勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生傳感器所需要的工作磁場(chǎng)，它直接決定了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生， 同時(shí)決定了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。勵(lì)磁系統(tǒng)由兩部分組成：勵(lì)磁線圈和勵(lì)磁電路。勵(lì)磁線圈的作用是產(chǎn)生工作磁場(chǎng)，兩個(gè)勵(lì)磁線圈分別安裝在測(cè)量管道的上下， 當(dāng)通上勵(lì)磁電流后，即可產(chǎn)生磁場(chǎng)。勵(lì)磁電路的作用是產(chǎn)生勵(lì)磁線圈的工作電流。勵(lì)磁電流一般有直流勵(lì)磁、工頻正弦波勵(lì)磁、低頻矩形波勵(lì)磁、三值低頻矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁等。

l、直流勵(lì)磁

   直流勵(lì)磁出現(xiàn)的最早，在1951年由荷蘭科學(xué)家研制成功。直流勵(lì)磁使用永磁體或給勵(lì)磁線圈施加直流電來(lái)產(chǎn)生固定的磁場(chǎng)。因?yàn)樗倪@些特性，產(chǎn)生了以下問(wèn)題：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在兩電極表面形成固定正負(fù)極，持續(xù)作用與被測(cè)液體，使其電解，在電極表面產(chǎn)生極化現(xiàn)象，這樣會(huì)使流量信號(hào)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變小，信號(hào)源內(nèi)阻變大；同時(shí)，直流勵(lì)磁在電極間所產(chǎn)生的不均衡的電化學(xué)干擾電勢(shì)疊加在流量信號(hào)中，影響測(cè)量精度，而且隨著時(shí)間、被測(cè)液體特性以及流體流動(dòng)狀態(tài)等變化而變化；再次，直流勵(lì)磁存在著零點(diǎn)漂移等問(wèn)題很難解決。它的上述這些問(wèn)題決定了直流勵(lì)磁目前主要應(yīng)用在液態(tài)金屬測(cè)量。

2、工頻正弦波勵(lì)磁

   工頻正弦波勵(lì)磁的真正實(shí)現(xiàn)始于上世紀(jì)50年代，它的出現(xiàn)促進(jìn)了電磁流量計(jì)的廣泛應(yīng)用。它利用工頻50Hz正弦波電源給勵(lì)磁線圈供電。工頻正弦波基本可以消除電極的極化現(xiàn)象，降低電極電化學(xué)現(xiàn)象和傳感器內(nèi)阻； 另外，得到的流量信號(hào)也是工頻正弦波信號(hào)，便于信號(hào)處理。然而，它也存在很多缺點(diǎn)：首先是工頻干擾問(wèn)題，同時(shí)存在電源電壓幅值和頻率波動(dòng)干擾。

3、低頻矩形波勵(lì)磁

   低頻矩形波同時(shí)具有直流勵(lì)磁和工頻正弦波勵(lì)磁的特點(diǎn)，最早由A．B．Denison、M．P．Spencer和H．D．Green在1955年提出。該技術(shù)不但繼承了直流勵(lì)磁不產(chǎn)生渦流效應(yīng)、正交干擾和同相干擾的優(yōu)點(diǎn)，而且具有工頻正弦波勵(lì)磁基本不產(chǎn)生極化效應(yīng)，便于放大信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問(wèn)題，得到了廣泛的應(yīng)用。

4、三值低頻矩形波勵(lì)磁

   1983年，三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)被成功研制出來(lái)，它采用工頻頻率的八分之一為周期，勵(lì)磁電流按正一零一負(fù)一零一正變化，波形如圖。它的最大特點(diǎn)是零點(diǎn)自校準(zhǔn)，具有更好的零點(diǎn)穩(wěn)定性。不過(guò)由于勵(lì)磁電流積分干擾的影響，該技術(shù)在測(cè)量含有顆粒的液體(比如泥漿、紙漿、礦漿等)時(shí)表現(xiàn)不足。

5、雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)

   為了解決智能電磁流量計(jì)三值低頻矩形波勵(lì)磁不能同時(shí)消除低頻尖峰噪聲、液體流動(dòng)噪聲和零點(diǎn)穩(wěn)定的矛盾，1988年日本橫河電機(jī)株式會(huì)社提出雙頻勵(lì)磁技術(shù)來(lái)解決含有顆粒的液體(泥漿、紙漿、礦漿等)的測(cè)量。不過(guò)由于其轉(zhuǎn)換器復(fù)雜、成本增加、功耗大，所以并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。

   綜合分析上面各種勵(lì)磁方式后，可以發(fā)現(xiàn)正弦波勵(lì)磁存在工頻干擾和正交干擾，經(jīng)常淹沒(méi)流量信號(hào)；低頻矩形波雖解決了這些問(wèn)題，但存在微分干擾，同時(shí)有渦電流的影響；雙頻矩形波勵(lì)磁又太過(guò)復(fù)雜；三值低頻矩形波改善了微分干擾，只是不能應(yīng)用在某些領(lǐng)域?；谝陨锨闆r，金湖鼎誠(chéng)儀表有限公司的電磁流量計(jì)采用的是三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，采用MCU控制產(chǎn)生所需要的勵(lì)磁電流，這樣還可以通過(guò)編程隨時(shí)改變勵(lì)磁方式，增加了系統(tǒng)的靈活性。