電磁流量傳感器的主要構成和分類(lèi)

電磁流量計在結構上一般由電磁流量傳感器和電磁流量轉換器兩部分組成，如圖7-1所示。一般情況下，傳感器和轉換器是分體的，傳感器安裝在生產(chǎn)過(guò)程工藝管道上感受流量信號；轉換器將傳感器送來(lái)的流量信號進(jìn)行放大，并轉換成標準電信號，以便進(jìn)行顯示、記錄、積算和調節控制。也有的電磁流量計將轉換器和傳感器裝在一起，組成一體型電磁流量計，可就地顯示和遠傳顯示和控制。

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、電極及干擾調整機構等部分組成。為了使傳感器穩定可靠地工作，準確地感受流量信號，傳感器應滿(mǎn)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最小程度，使信噪比足夠大；

3）能適應惡劣環(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(guò)測量管。

為了讓磁力線(xiàn)能順利地穿過(guò)測量管進(jìn)入被測介質(zhì)，首先，測量管必須由非導磁材料制成；其次，為了減小電渦流，測量管一般應選用高阻抗材料，在滿(mǎn)足強度要求的前提下，管壁應盡量??；第三，為了防止電極上的流量信號被金屬管壁所短路，所以在測量管內側應有一完整的絕緣襯里。襯里材料應根據被測介質(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。

常用絕緣內襯材料性能及適用范圍：

1.名稱(chēng)：聚三氟乙烯

  性能：化學(xué)性能穩定，僅次于聚四氟乙烯，但耐磨性能差

  最高工作溫度/℃：100℃

  適用液體：水、酸溶液

 

2.名稱(chēng)：聚四氟乙烯（F-4）

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

  最高工作溫度/℃：250℃

  適用液體：腐蝕性強的濃酸、堿、鹽溶液

 

3.名稱(chēng)：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接合力，可用于負壓

  適用液體：腐蝕性酸、堿、鹽溶液

 

4.名稱(chēng)：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接合力，可用于負壓

  適用液體：腐蝕性酸、堿、鹽溶液

 

5.名稱(chēng)：聚氨酯橡膠

  性能：耐磨性能好，但耐酸堿性能差

  最高工作溫度/℃：70℃

  適用液體：水泥漿、紙漿類(lèi)液體

 

6.名稱(chēng)：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

  最高工作溫度/℃：70℃

  適用液體：水泥漿、礦漿、稀酸流體

 

7.名稱(chēng)：耐酸搪瓷

  性能：耐除氫氟酸、磷酸以外的其它酸類(lèi)和溶劑，有一定耐堿性，抗沖擊性差

  最高工作溫度/℃：180℃

  適用液體：一般酸、堿、腐蝕性液體

 

8.名稱(chēng)：陶瓷

  性能：有極好的耐磨性，且有很好的耐各種強酸、強堿的腐蝕性，但性脆易碎，應防溫度劇變

  最高工作溫度/℃：180℃

  適用液體：具有腐蝕性的礦漿

 

9.名稱(chēng)：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，但忌強氧化劑

  最高工作溫度/℃：60℃

  適用液體：一般酸、堿、鹽水溶液

 

2、磁路系統

磁路系統主要包括勵磁繞組和鐵心，用以產(chǎn)生勵磁方式所規定波形的磁場(chǎng)。一般工業(yè)用電磁流量計的磁場(chǎng)大都用電磁鐵產(chǎn)生，磁場(chǎng)電源由轉換器提供。產(chǎn)生磁場(chǎng)的勵磁繞組和鐵心、磁軛的結構形式根據測量管口徑的不同，一般有以下三種常用結構形式。

（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構，如圖7-7所示。

這種結構通過(guò)測量管的磁通較大，在同樣的流速下可得到較大的感應電勢。當口徑較大時(shí)，由于兩電極間的距離較大，空間間隙也較大，漏磁磁通將明顯增加，電干擾較嚴重，使儀表工作不夠穩定。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。這種方式的勵磁繞組被制成兩只無(wú)骨架的馬鞍形線(xiàn)圈，分別安裝在測量管的上下兩側。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(chǎng)均勻，在勵磁繞組中間加了一對極靴，如圖7-8所示。

（3）分段繞組式

當傳感器口徑大于100mm時(shí)，一般采用分段繞組式，如圖7-9所示。馬鞍形的勵磁線(xiàn)圈按余弦分布規律繞制，靠近電極部分的線(xiàn)圈繞得密一些，遠離電極部分的線(xiàn)圈繞得稀一些，以得到均勻磁場(chǎng)。線(xiàn)圈外加一層磁軛，但無(wú)需極靴。按此分段繞制的鞍形勵磁線(xiàn)圈放在測量管上下兩側，使磁感應密度與管道橫截面平行，以保證測量的準確度。

分段繞組式勵磁系統可以減小流量計體積，保證磁場(chǎng)均勻，所以已被普遍采用。

3、電極

傳感器的電極安裝在與磁場(chǎng)垂直的測量管兩側管壁上，它的作用是把被測介質(zhì)切割磁力線(xiàn)所產(chǎn)生的電勢信號（流量信號）引出，因此電極一般需直接與被測介質(zhì)接觸，其典型結構如圖7-10所示。

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

無(wú)電極電磁流量計可用來(lái)測量電導率很低的（5×10-8S/cm）液體、漿液、渣液、泥漿等的流量。其電容電極處于測量管襯里背后，不與被測流體接觸。每個(gè)電極板和與其相對的測量管內壁形成一個(gè)電容，在該內壁上存在信號電位。流量計襯里材料正好是兩個(gè)極板電容器的電介質(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。

電極材料按被測介質(zhì)的腐蝕性而決定，但必須是非磁性導電材料。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、鉑銥合金等作為電極材料，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)應注意。貴金屬電極價(jià)格昂貴，尤其以鉑銥合金為最。

近幾年人們又提出平衡電極平面（BEP）的概念，這是用于電磁流量計的最新專(zhuān)利技術(shù)。所謂BEP是Balanced Electrode Plane的縮寫(xiě)，在BEP設計中，有兩個(gè)位于同一平面內的接地電極，它們與檢測電極成90°角（如圖7-11所示）。

勵磁線(xiàn)圈的幾何形狀產(chǎn)生一個(gè)均勻的磁場(chǎng)，它垂直于管道在檢測電極平面內的主徑。這樣做有幾個(gè)好處，首先，消除了外部接地環(huán)；其次，整個(gè)測量平均速度的過(guò)程都被限制在平衡電極平面之內進(jìn)行；第三，電氣噪音干擾被完全消除。由于磁場(chǎng)是均勻的，液體又是在它流過(guò)平衡電極平面的瞬時(shí)被測量的，因此，BEP能提供更加精準的測量結果。

4、干擾調整機構

對于正弦波勵磁的電磁流量計，傳感器應有干擾調整機構。它實(shí)際上是一個(gè)“變壓器調零”裝置，可以抑制由于“變壓器效應”而產(chǎn)生的正交干擾。

常用電極材料及使用范圍

1.電極材料：耐酸不銹鋼材料（1Cr18Ni9Ti）、含鉬不銹鋼（1Cr18Ni12Mo2Ti）（相當于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.電極材料：哈氏合金B

  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.電極材料：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.電極材料：鈦

  特點(diǎn)及使用范圍：耐腐蝕性略?xún)?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.電極材料：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)煙硫酸等少數酸外，適用于大部分酸液，氫氧化鈉等堿液不適用

 

6.電極材料：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、銨鹽等少數介質(zhì)不適用，價(jià)格昂貴

 

7.電極材料：碳化鎢硬質(zhì)合金

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

 

8.電極材料：導電橡膠、導電氟塑料

  特點(diǎn)及使用范圍：低噪聲電極材料，可抗漿液噪聲和流動(dòng)噪聲，導電氟塑料耐化學(xué)品性能好