電磁流量計(jì)在鉛鉍合金流量測量中的應(yīng)用

電磁流量計(jì)采用法拉第電磁感應(yīng)原理，利用磁體在管道兩側(cè)形成均勻穩(wěn)定磁場B，并穿過管道內(nèi)部，磁場在管道內(nèi)均勻分布。鉛鉍流體在流動過程中，切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生感應(yīng)電勢E。感應(yīng)電勢與流速成正比關(guān)系，通過管道內(nèi)徑d、磁場強(qiáng)度B等參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對管內(nèi)鉛鉍合金流量測量。電磁流量計(jì)根據(jù)勵磁方式不同，分為直流式電磁流量計(jì)和交流式電磁流量計(jì)。

1、直流式電磁流量計(jì)

直流式電磁流量計(jì)磁場方向保持不變，通常采用永磁體進(jìn)行作為磁場源。根據(jù)測量原理，直流式電磁流量計(jì)包含兩個系統(tǒng)。磁路系統(tǒng)產(chǎn)生磁場，信號采集系統(tǒng)采集信號。因此流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、信號穩(wěn)定性強(qiáng)且受到鉛鉍流體流動特征影響小，成為了國際上鉛鉍流量測量主要方式。意大利的CHEOPE和LECOＲ回路、瑞典的LISOＲ回路和德國的THESYS回路均采用了永磁式電磁流量計(jì)檢測流量。

ENEA在研究電磁流量計(jì)測量金屬流體時，發(fā)現(xiàn)流量測量精度受到邊界條件潤濕性能的影響，致使鉛鉍合金流動狀態(tài)不穩(wěn)定，截面流速分布不均勻，不利于平均流速的檢測。流量計(jì)在使用過程中，為保證測量精度，需要定期校準(zhǔn)。同時ENEA還在LECOＲ回路流量測量中發(fā)現(xiàn)，電磁流量計(jì)管壁內(nèi)生成不導(dǎo)電氧化層，隨著氧化層的逐步生長擴(kuò)大，流量計(jì)測量精度逐步降低直到*失效。而在冷端的流量計(jì)還能保持運(yùn)行，則是因?yàn)槔涠肆髁坑?jì)的運(yùn)行溫度較低，氧化層的生長較為緩慢，并且管道直徑相對較大，氧化層完成覆蓋管道表面所需時間更長，因此保持運(yùn)行。

電磁流量計(jì)信號采集方式?jīng)Q定了鉛鉍流體、管道和電極組成的信號傳輸通道具有高電導(dǎo)率。而腐蝕作用產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物為絕緣氧化層，能夠阻礙甚至隔斷電勢信號的輸出，最終使流量計(jì)失去測量功能。

2、交流式電磁流量計(jì)

交流式電磁流量計(jì)與直流式不同之處在于勵磁方式，采用交流電對線圈進(jìn)行通電。線圈內(nèi)部磁場處于動態(tài)變換過程，磁場方向也隨電流方向更改而變化。測量方式與直流式測量感應(yīng)電勢信號不同，金屬流體在交變電場中產(chǎn)生感應(yīng)磁場，此感應(yīng)磁場在一階近似的情況下，與流量成正比關(guān)系。相比于直流式最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要時間分辨率高的傳感器即可實(shí)現(xiàn)對流量的精確測量。但是由于信號傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，需要傳感器與流體之間采用一層絕緣層進(jìn)行隔離，避免信號被分流影響測試精度，因此對于流量計(jì)結(jié)構(gòu)材料的兼容性有*要求。

德國的KIT在其試驗(yàn)裝置中安裝了一臺非接觸式相變電磁流量計(jì)，金屬流體穿過兩個交變勵磁線圈，產(chǎn)生兩個存在相位差的感應(yīng)磁場。利用感應(yīng)磁場相位差與流量的正比關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對管內(nèi)流體的檢測。經(jīng)過在鎵銦砷回路和鈉回路中進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鎵銦砷磁雷諾數(shù)超過0.1，鈉回路雷諾數(shù)超過0.35時，流量與相位差即失去線性關(guān)系。影響使得最終流量計(jì)測量誤差達(dá)到5%。

電磁流量計(jì)突出特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、輸出信號穩(wěn)定。但是由于鉛鉍合金對管道的氧化作用，使得信號輸出隨時間呈現(xiàn)衰減，并且溫度的變化造成傳感器各金屬零部件電導(dǎo)率改變和測量管內(nèi)徑的變化，因此，流量計(jì)需要進(jìn)行周期性標(biāo)定修正溫度和氧化帶來誤差。