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電磁流量計的工作原理

來源：上海聿儀儀表有限公司 2025年07月27日 07:17

一、工作原理

電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律進行流量測量的流量計。電磁流量計的優(yōu)點是壓損極小，可測流量范圍大。流量與最小流量的比值一般為20：1以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，可達3m，輸出信號和被測流量成線性，精確度較高，可測量電導率≥5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。

當導體在磁場中作切割磁力線運動時，在導體中會產(chǎn)生感應電勢，感應電勢的大小與導體在磁場中的有效長度及導體在磁場中作垂直于磁場方向運動的速度成正比。同理，導電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁感應力線時，也會在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應電勢。感應電勢的方向由右手定則判定，感應電勢的大小由下式確定：

Ex=BDv-----------------式（1）

式中Ex—感應電勢，V；
　　B—磁感應強度，T
　　D—管道內徑，m
　　v—液體的平均流速，m/s

然而體積流量qv等于流體的流速v與管道截面積（πD2）/4的乘積，將式（1）代入該式得：

Qv=(πD/4B)* Ex ---------式（2）

由上式可知，在管道直徑D己定且保持磁感應強度B不變時，被測體積流量與感應電勢呈線性關系。若在管道兩側各插入一根電極，就可引入感應電勢Ex，測量此電勢的大小，就可求得體積流量。

據(jù)法拉第電磁感應原理，在與測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當導電液體沿測量管軸線運動時，導電液體切割磁力線產(chǎn)生感應電勢，此感應電勢由兩個檢測電極檢出，數(shù)值大小與流速成正比例，其值為：

E=B·V·D·K

式中：E－感應電勢；

K－與磁場分布及軸向長度有關的系數(shù)；

B－磁感應強度；

V－導電液體平均流速；

D－電極間距；（測量管內直徑）

傳感器將感應電勢E作為流量信號，傳送到轉換器，經(jīng)放大，變換濾波等信號處理后，用帶背光的點陣式液晶顯示瞬時流量和累積流量。轉換器有4~20mA輸出，報警輸出及頻率輸出，并設有RS－485等通訊接口，并支持HART和MODBUS協(xié)議。

注：不同電磁流量計參數(shù)略有差異，使用時請務必查看說明書。

根據(jù)法拉第電磁感應定律，在磁感應強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速v流動時，導電流體就切割磁力線.如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極則可以證明，只要管道內流速分布為軸對稱分布，兩電極之間產(chǎn)生感生電動勢：

e=KBDv (3-36)

式中，v為管道截面上的平均流速，k為儀表常數(shù)。由此可得管道的體積流量為：

qv= πeD/4KB (3-37)

由上式可見，體積流量qv與感應電動勢e和測量管內徑D成線性關系，與磁場的磁感應強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關。這就是電磁流量計的測量原理。

需要說明的是，要使式(3—37)嚴格成立，必須使電磁流量計測量條件滿足下列假定：

①磁場是均勻分布的恒定磁場;

②被測流體的流速軸對稱分布;

③被測液體是非磁性的;

④被測液體的電導率均勻且各向同性。

二、使用特點

1、測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響；

2、測量管內流動部件，無壓損，直管段要求較低。對漿液測量有的適應性；

3、合理選擇傳感器襯里和電極材料，即具有良好的耐腐蝕和耐磨損性；

4、轉換器采用新穎勵磁方式，功耗低、零點穩(wěn)定、精確度高。流量范圍度可達150：1；

5、轉換器可與傳感器組成一體型或分離型；

6、轉換器采用16位高性能微處理器，2x16LCD顯示，參數(shù)設定方便，編程可靠；

7、流量計為雙向測量系統(tǒng)，內裝三個積算器：正向總量、反向總量及差值總量；可顯示正、反流量，并具有多種輸出：電流、脈沖、數(shù)字通訊、HART；

8、轉換器采用表面安裝技術(SMT)，具有自檢和自診斷功能；

9、測量精度不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響，傳感器感應電壓信號與平均流速呈線性關系，因此測量精度高。

10、測量管道內無阻流件，因此沒有附加的壓力損失；測量管道內無可動部件，因此傳感器壽命極長。

11、由于感應電壓信號是在整個充滿磁場的空間中形成的，是管道載面上的平均值，因此傳感器所需的直管段較短，長度為5倍的管道直徑。

12、轉換器采用國際的單片機（MCU）和表面貼裝技術（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零點穩(wěn)定，參數(shù)設定方便。點擊中文顯示LCD，顯示累積流量，瞬時流量、流速、流量百分比等。

13、雙向測量系統(tǒng)，可測正向流量、反向流量。采用特殊的生產(chǎn)工藝和優(yōu)質材料，確保產(chǎn)品的性能在長時候內保持穩(wěn)定。

三、注意事項

1、精度等級和功能根據(jù)測量要求和使用場合選擇儀表精度等級，做到經(jīng)濟合算。比如用于貿易結算、產(chǎn)品交接和能源計量的場合，應該選擇精度等級高些，如1.0級、0.5級，或者更高等級; 用于過程控制的場合，根據(jù)控制要求選擇不同精度等級;有些僅僅是檢測一下過程流量，無需做精確控制和計量的場合，可以選擇精度等級稍低的，如1.5級、2.5級，甚至 4.0級，這時可以選用價格低廉的插入式電磁流量計。

2、測量介質流速、儀表量程與口徑測量一般的介質時，電磁流量計的滿度流量可以在測量介質流速0.5—12m/s范圍內選用，范圍比較寬。選擇儀表規(guī)格(口徑)不一定與工藝管道相同，應視測量流量范圍是否在流速范圍內確定，即當管道流速偏低，不能滿足流量儀表要求時或者在此流速下測量準確度不能保證時，需要縮小儀表口徑，從而提高管內流速，得到滿意測量結果。

3、盡量避開鐵磁性物體及具有強電磁場的設備，以免磁場影響傳感器的工作磁場和流量信號。

4、應盡量安裝在干燥通風之處，避免日曬雨淋，環(huán)境溫度應在-20～+60℃，相對濕度小于85%。

5、流量計周圍應有充裕的空間，便于檢測與維修。

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