電磁流量計的特點和勵磁方式

 

由于電磁流量計具有可靠性高、耐腐蝕性強、容易變更測量范圍等特點, 在國內外好多行業都得到了廣泛應用并重點對它進行開發。在我們所涉及的工程, 例如輕工行業中電磁流量計常應用在食品、造紙、精細化工和污水處理等行業, 用來測量乳液、番茄醬、啤酒、紙漿、填料、黑液、其他化學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, 有的還具有強腐蝕性。目前, 電磁流量計具有傳感器、轉換器一體型和分離型（分體式電磁流量計）二種結構形式, 高達IP68 的防護等級, 多種可選的耐腐耐磨襯里和電極材料, 精度可達0. 2 級,這使得電磁流量計基本上能滿足上述工況的流量測量需要。

 

一、電磁流量計的特點

 

1、優點

 

( 1) 結構簡單, 無活動部件和阻礙被測介質流動的擾動件或節流件, 對易黏附和固液二相介質不易發生管道堵塞、磨損等問題。可彌補質量流量計不易測量此類介質的不足。

( 2)智能電磁流量計是一種測量體積流量的儀表, 其測量不受流體的密度、溫度、壓力、粘度、雷諾數以及在一定范圍內電導率的變化的影響。電磁流量計只需用水作為試驗介質進行標定, 而不需要作附加修正就可用來測量  其它導電性液體。這是其他流量計所不具備的優點。

( 3) 電磁流量計測量范圍很大, 有的產品測量范圍達1000: 1。對同一口徑傳感器, 其滿量程只要介質流速在0. 3~ 15m/ s 范圍內可任意設定。電磁流量計的測量范圍可涵蓋紊流和層流狀態兩種速度分布狀態, 這是差壓式流量計、渦輪式、渦街等流量計不能與之相比擬的。

( 4) 測量原理上是線性的, 測量準確度高, 而且完全電信號輸出, 測量的反映速度快, 可測脈動流量和快速累積總量。

( 5)防腐電磁流量計具有良好的 耐腐蝕性能。

( 6) 原理上是測量過水斷面的平均流速, 對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短。

( 7) 可測正、反兩個方向的流動流體。

2、不足

 ( 1) 電磁流量計不能用于測量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體。

 ( 2) 電磁流量計目前還不能用來測量導電率很低的液體介質, 被測液體介質的電導率不能低于10- 5S/ cm( 相當于蒸餾水的電導率) 。對石油制品或者有機溶劑等還無能為力。

 ( 3) 由于測量管絕緣襯里材料受溫度的限制, 目前工業電磁流量計還不能測量高溫高壓流體。

 ( 4) 電磁流量計受流速分布影響, 在軸對稱分布的條件下, 流量信號與平均流速成正比。所以, 電磁流量計前后也必須有一定長度的前后直管段。

 ( 5) 電磁流量計易受外界電磁干擾的影響。

二、勵磁方式對測量的影響

 

   電磁流量計的勵磁系統產生傳感器所需要的工作磁場，它直接決定了感應電動勢的產生， 同時決定了整個系統的測量精度。勵磁系統由兩部分組成：勵磁線圈和勵磁電路。勵磁線圈的作用是產生工作磁場，兩個勵磁線圈分別安裝在測量管道的上下， 當通上勵磁電流后，即可產生磁場。勵磁電路的作用是產生勵磁線圈的工作電流。勵磁電流一般有直流勵磁、工頻正弦波勵磁、低頻矩形波勵磁、三值低頻矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁等。

 

l、直流勵磁

 

   直流勵磁出現的最早，在1951年由荷蘭科學家研制成功。直流勵磁使用永磁體或給勵磁線圈施加直流電來產生固定的磁場。因為它的這些特性，產生了以下問題：感應電動勢在兩電極表面形成固定正負極，持續作用與被測液體，使其電解，在電極表面產生極化現象，這樣會使流量信號的感應電動勢變小，信號源內阻變大；同時，直流勵磁在電極間所產生的不均衡的電化學干擾電勢疊加在流量信號中，影響測量精度，而且隨著時間、被測液體特性以及流體流動狀態等變化而變化；再次，直流勵磁存在著零點漂移等問題很難解決。它的上述這些問題決定了直流勵磁目前主要應用在液態金屬測量。

 

2、工頻正弦波勵磁

 

   工頻正弦波勵磁的真正實現始于上世紀50年代，它的出現促進了電磁流量計的廣泛應用。它利用工頻50Hz正弦波電源給勵磁線圈供電。工頻正弦波基本可以消除電極的極化現象，降低電極電化學現象和傳感器內阻； 另外，得到的流量信號也是工頻正弦波信號，便于信號處理。然而，它也存在很多缺點：首先是工頻干擾問題，同時存在電源電壓幅值和頻率波動干擾。

 

3、低頻矩形波勵磁

 

   低頻矩形波同時具有直流勵磁和工頻正弦波勵磁的特點，最早由A．B．Denison、M．P．Spencer和H．D．Green在1955年提出。該技術不但繼承了直流勵磁不產生渦流效應、正交干擾和同相干擾的優點，而且具有工頻正弦波勵磁基本不產生極化效應，便于放大信號處理的優點，同時避免了直流放大器零點漂移、噪聲、穩定性等問題，得到了廣泛的應用。

 

4、三值低頻矩形波勵磁

 

   1983年，三值低頻矩形波勵磁技術被成功研制出來，它采用工頻頻率的八分之一為周期，勵磁電流按正一零一負一零一正變化，波形如圖。它的最大特點是零點自校準，具有更好的零點穩定性。不過由于勵磁電流積分干擾的影響，該技術在測量含有顆粒的液體(比如泥漿、紙漿、礦漿等)時表現不足。

 

5、雙頻矩形波勵磁技術

 

   為了解決智能電磁流量計三值低頻矩形波勵磁不能同時消除低頻尖峰噪聲、液體流動噪聲和零點穩定的矛盾，1988年日本橫河電機株式會社提出雙頻勵磁技術來解決含有顆粒的液體(泥漿、紙漿、礦漿等)的測量。不過由于其轉換器復雜、成本增加、功耗大，所以并沒有得到廣泛應用。

 

   綜合分析上面各種勵磁方式后，可以發現正弦波勵磁存在工頻干擾和正交干擾，經常淹沒流量信號；低頻矩形波雖解決了這些問題，但存在微分干擾，同時有渦電流的影響；雙頻矩形波勵磁又太過復雜；三值低頻矩形波改善了微分干擾，只是不能應用在某些領域。基于以上情況，大連源晟科技開發有限公司的電磁流量計采用的是三值低頻矩形波勵磁技術，采用MCU控制產生所需要的勵磁電流，這樣還可以通過編程隨時改變勵磁方式，增加了系統的靈活性。