電磁流量傳感器的主要構(gòu)成和分類

電磁流量計(jì)在結(jié)構(gòu)上一般由電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器兩部分組成，如圖7-1所示。一般情況下，傳感器和轉(zhuǎn)換器是分體的，傳感器安裝在生產(chǎn)過程工藝管道上感受流量信號；轉(zhuǎn)換器將傳感器送來的流量信號進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號，以便進(jìn)行顯示、記錄、積算和調(diào)節(jié)控制。也有的電磁流量計(jì)將轉(zhuǎn)換器和傳感器裝在一起，組成一體型電磁流量計(jì)，可就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示和控制。

電磁流量傳感器

電磁流量傳感器主要由測量管組件、磁路系統(tǒng)、電*及干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)等部分組成。為了使傳感器穩(wěn)定可靠地工作，準(zhǔn)確地感受流量信號，傳感器應(yīng)滿足如下要求。

1）能提供一個(gè)足夠大的且與流量成正比的電勢信號；

2）能把干擾信號抑制到*小程度，使信噪比足夠大；

3）能適應(yīng)惡劣環(huán)境條件，工作可靠。

1、測量管組件

測量管位于傳感器中心，兩端帶有連接法蘭或其他形式的連接裝置，被測流體通過測量管。

為了讓磁力線能順利地穿過測量管進(jìn)入被測介質(zhì)，*先，測量管必須由非導(dǎo)磁材料制成；其次，為了減小電渦流，測量管一般應(yīng)選用高阻抗材料，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，管壁應(yīng)盡量??；*三，為了防止電*上的流量信號被金屬管壁所短路，所以在測量管內(nèi)側(cè)應(yīng)有一完整的絕緣襯里。襯里材料應(yīng)根據(jù)被測介質(zhì)，選擇有耐腐蝕，耐磨損，耐高溫等性能的材料，如聚四氟乙烯、耐酸橡膠等。

所以，測量管組件就是一根內(nèi)部襯有絕緣材料的高阻抗非磁性材料制成的直管段。

常用絕緣內(nèi)襯材料性能及適用范圍：

1.名稱：聚三氟乙烯

  性能：化學(xué)性能穩(wěn)定，僅次于聚四氟乙烯，但耐磨性能差

  *高工作溫度/℃：100℃

  適用液體：水、酸溶液

 

2.名稱：聚四氟乙烯（F-4）

  性能：化學(xué)性能很穩(wěn)定，但粘結(jié)性能差，與金屬測量管很難粘接，耐磨性能也不好

  *高工作溫度/℃：250℃

  適用液體：腐蝕性強(qiáng)的濃酸、堿、鹽溶液

 

3.名稱：四氟乙烯和六氟丙烯（F-46）

  性能：化學(xué)耐腐性略遜于F-4，但與金屬測量管有較強(qiáng)接合力，可用于負(fù)壓

  適用液體：腐蝕性酸、堿、鹽溶液

 

4.名稱：四氟乙烯和乙烯（F-40）

  性能：化學(xué)耐腐性略遜于F-4，但與金屬測量管有較強(qiáng)接合力，可用于負(fù)壓

  適用液體：腐蝕性酸、堿、鹽溶液

 

5.名稱：聚氨酯橡膠

  性能：耐磨性能好，但耐酸堿性能差

  *高工作溫度/℃：70℃

  適用液體：水泥漿、紙漿類液體

 

6.名稱：氯丁橡膠

  性能：彈性好，耐磨、耐腐蝕，抗沖擊性能好，成本也比較低

  *高工作溫度/℃：70℃

  適用液體：水泥漿、礦漿、稀酸流體

 

7.名稱：耐酸搪瓷

  性能：耐除氫氟酸、磷酸以外的其它酸類和溶劑，有一定耐堿性，抗沖擊性差

  *高工作溫度/℃：180℃

  適用液體：一般酸、堿、腐蝕性液體

 

8.名稱：陶瓷

  性能：有*好的耐磨性，且有很好的耐各種強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的腐蝕性，但性脆易碎，應(yīng)防溫度劇變

  *高工作溫度/℃：180℃

  適用液體：具有腐蝕性的礦漿

 

9.名稱：耐酸橡膠

  性能：耐60℃以下任何濃度的鹽酸、草酸、磷酸及50%的硫酸、NaOH、KOH等，但忌強(qiáng)氧化劑

  *高工作溫度/℃：60℃

  適用液體：一般酸、堿、鹽水溶液

 

2、磁路系統(tǒng)

磁路系統(tǒng)主要包括勵(lì)磁繞組和鐵心，用以產(chǎn)生勵(lì)磁方式所規(guī)定波形的磁場。一般工業(yè)用電磁流量計(jì)的磁場大都用電磁鐵產(chǎn)生，磁場電源由轉(zhuǎn)換器提供。產(chǎn)生磁場的勵(lì)磁繞組和鐵心、磁軛的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)測量管口徑的不同，一般有以下三種常用結(jié)構(gòu)形式。

（1）變壓器鐵心式

測量管口徑小于10mm的傳感器一般采用這種結(jié)構(gòu)，如圖7-7所示。

這種結(jié)構(gòu)通過測量管的磁通較大，在同樣的流速下可得到較大的感應(yīng)電勢。當(dāng)口徑較大時(shí)，由于兩電*間的距離較大，空間間隙也較大，漏磁磁通將明顯增加，電干擾較嚴(yán)重，使儀表工作不夠穩(wěn)定。而且大口徑管道采用變壓器鐵心式時(shí)，傳感器的體積和重量都將大大增加，制造和維護(hù)都有一定困難。

（2）集中繞組式

集中繞組式一般用于口徑在10mm到100mm的電磁流量傳感器。這種方式的勵(lì)磁繞組被制成兩只無骨架的馬鞍形線圈，分別安裝在測量管的上下兩側(cè)。外圍加一層用0.3～0.4mm厚的硅鋼片制成的磁軛。為了保證磁場均勻，在勵(lì)磁繞組中間加了一對*靴，如圖7-8所示。

（3）分段繞組式

當(dāng)傳感器口徑大于100mm時(shí)，一般采用分段繞組式，如圖7-9所示。馬鞍形的勵(lì)磁線圈按余弦分布規(guī)律繞制，靠近電*部分的線圈繞得密一些，遠(yuǎn)離電*部分的線圈繞得稀一些，以得到均勻磁場。線圈外加一層磁軛，但無需*靴。按此分段繞制的鞍形勵(lì)磁線圈放在測量管上下兩側(cè)，使磁感應(yīng)密度與管道橫截面平行，以保證測量的準(zhǔn)確度。

分段繞組式勵(lì)磁系統(tǒng)可以減小流量計(jì)體積，保證磁場均勻，所以已被普遍采用。

3、電*

傳感器的電*安裝在與磁場垂直的測量管兩側(cè)管壁上，它的作用是把被測介質(zhì)切割磁力線所產(chǎn)生的電勢信號（流量信號）引出，因此電*一般需直接與被測介質(zhì)接觸，其典型結(jié)構(gòu)如圖7-10所示。

特殊情況下，為避免電*污染，可采用電容檢測型電磁流量計(jì)，將電*置于測量管襯里外，不與流體介質(zhì)直接接觸，所以有時(shí)也稱其為無電*電磁流量計(jì)。

無電*電磁流量計(jì)可用來測量電導(dǎo)率很低的（5×10-8S/cm）液體、漿液、渣液、泥漿等的流量。其電容電*處于測量管襯里背后，不與被測流體接觸。每個(gè)電*板和與其相對的測量管內(nèi)壁形成一個(gè)電容，在該內(nèi)壁上存在信號電位。流量計(jì)襯里材料正好是兩個(gè)*板電容器的電介質(zhì)。與流量成正比的測量信號被送到與此兩個(gè)電容器相連的前置放大器進(jìn)行放大處理，輸出流量值。

電*材料按被測介質(zhì)的腐蝕性而決定，但必須是非磁性導(dǎo)電材料。目前比較常用的是耐酸不銹鋼材料（1Cr18Ni9Ti）、含鉬不銹鋼（1Cr18Ni12Mo2Ti），用于一般工業(yè)用水、廢水污水流量計(jì)和弱腐蝕性酸堿鹽液體，價(jià)格也較低；哈氏合金（耐酸鎳基合金）B可用于鹽酸及其它非氧化性酸和非氧化性鹽液體；哈氏合金C可用于氧化性酸和氧化性鹽液及氧化劑。也可選用鈦、鉭、鉑銥合金等作為電*材料，這些貴金屬有較好的耐腐蝕性。鈦能耐海水、各種氯化物，次氯酸鹽、氧化性酸等，但不耐還原性酸；鉭有和玻璃相似的耐腐蝕性，除氫氟酸、發(fā)煙磷酸、堿外，能耐化學(xué)介質(zhì)的面很廣；鉑銥合金對各種酸、堿、鹽液有很好的耐腐蝕性，但也有一些不耐腐蝕的化學(xué)介質(zhì)，使用時(shí)應(yīng)注意。貴金屬電*價(jià)格昂貴，尤其以鉑銥合金為*。

近幾年人們又提出平衡電*平面（BEP）的概念，這是用于電磁流量計(jì)的*新**技術(shù)。所謂BEP是Balanced Electrode Plane的縮寫，在BEP設(shè)計(jì)中，有兩個(gè)位于同一平面內(nèi)的接地電*，它們與檢測電*成90°角（如圖7-11所示）。

勵(lì)磁線圈的幾何形狀產(chǎn)生一個(gè)均勻的磁場，它垂直于管道在檢測電*平面內(nèi)的主徑。這樣做有幾個(gè)好處，*先，消除了外部接地環(huán)；其次，整個(gè)測量平均速度的過程都被限制在平衡電*平面之內(nèi)進(jìn)行；*三，電氣噪音干擾被完全消除。由于磁場是均勻的，液體又是在它流過平衡電*平面的瞬時(shí)被測量的，因此，BEP能提供更加精準(zhǔn)的測量結(jié)果。

4、干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)

對于正弦波勵(lì)磁的電磁流量計(jì)，傳感器應(yīng)有干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)。它實(shí)際上是一個(gè)“變壓器調(diào)零”裝置，可以抑制由于“變壓器效應(yīng)”而產(chǎn)生的正交干擾。

常用電*材料及使用范圍

1.電*材料：耐酸不銹鋼材料（1Cr18Ni9Ti）、含鉬不銹鋼（1Cr18Ni12Mo2Ti）（相當(dāng)于316L）

  特點(diǎn)及使用范圍：主要用于生活工業(yè)用水、原水、下水、廢污水、稀酸、稀堿等弱腐蝕性酸、堿、鹽液體

 

2.電*材料：哈氏合金B(yǎng)

  特點(diǎn)及使用范圍：適用于低濃度鹽酸等非氧化性酸和非氧化性鹽液，硝酸等氧化性酸不適用

 

3.電*材料：哈氏合金C

  特點(diǎn)及使用范圍：適用于常溫硝酸、其他氧化性酸、氧化性鹽液等，鹽酸等，還原性酸和氯化物不適用

 

4.電*材料：鈦

  特點(diǎn)及使用范圍：耐腐蝕性略優(yōu)于耐酸剛，對氯化物、次氯酸鹽、海水有優(yōu)良的耐腐蝕性，對常溫硝酸等氧化性酸有耐腐蝕性，鹽酸、硫酸等還原性酸不適用

 

5.電*材料：鉭

  特點(diǎn)及使用范圍：具有和玻璃相似的優(yōu)越耐腐蝕性，除氫氟酸、發(fā)煙硫酸等少數(shù)酸外，適用于大部分酸液，氫氧化鈉等堿液不適用

 

6.電*材料：鉑、鉑銥合金

  特點(diǎn)及使用范圍：對幾乎所有的酸堿液耐腐蝕，王水、銨鹽等少數(shù)介質(zhì)不適用，價(jià)格昂貴

 

7.電*材料：碳化鎢硬質(zhì)合金

  特點(diǎn)及使用范圍：漿液專用電*材料，可降低漿液噪聲，耐腐蝕性較差，腐蝕性液體不適用

 

8.電*材料：導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電氟塑料

  特點(diǎn)及使用范圍：低噪聲電*材料，可抗?jié){液噪聲和流動(dòng)噪聲，導(dǎo)電氟塑料耐化學(xué)品性能好