1. 引 言

  電磁流量計(jì)（簡稱EMF）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。20世紀(jì)50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來在世界范圍內(nèi)，EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量儀表總數(shù)的5%～6.5%，特別是2000年以來，這個(gè)數(shù)值有逐年上升的趨勢(shì)。電磁流量計(jì)作為工業(yè)流量測量儀表的一種，在其選用方面有一些技巧和注意事項(xiàng)，在這里結(jié)合我一些切身經(jīng)驗(yàn)和大家討論，希望能對(duì)電磁流量計(jì)的正確選用作出貢獻(xiàn)。

      2．電磁流量計(jì)選用

      2.1 應(yīng)用概況

      電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。按應(yīng)用場合有大口徑、中小口徑、小口徑和微小口徑之分，其中大口徑電磁流量計(jì)較多應(yīng)用于給排水工程，中小口徑常應(yīng)用于固液雙相等難測流體或高要求場所，如測量造紙工業(yè)紙漿液和黑液、有色冶金業(yè)的礦漿、選煤廠的煤漿、化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液、鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制、長距離管道煤的水力輸送的流量測量和控制等，而小口徑和微小口徑常應(yīng)用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場所。

      2.2 精度等級(jí)和功能

      市場上通用型EMF的性能有較大差別，有些精度高、功能多，有些精度低、功能簡單。精度高的儀表基本誤差為（±0.5%～±1%）R，精度低的儀表則為（±1.5%～±2.5%）FS，兩者價(jià)格相差1～2倍。因此測量精度要求不很高的場所（例如非貿(mào)易核算僅以控制為目的，只要求高可靠性和優(yōu)良重復(fù)性的場所）選用高精度儀表在經(jīng)濟(jì)上是不合算的。

      有些型號(hào)儀表聲稱有更高的度，基本誤差僅（±0.2%～±0.3%）R，但有嚴(yán)格的安裝要求和參比條件，例如環(huán)境溫度20～22℃，前后直管段長度要求分別大于10D和3D（通常為5D和2D），甚至提出流量傳感器要與前后直管組成一體在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上作實(shí)流校準(zhǔn)，以減少夾裝影響。因此在多種型號(hào)選擇比較時(shí)不要單純只看高指標(biāo)，要詳細(xì)閱讀制造廠樣本或說明書做綜合分析。

      市場上EMF的功能差別也很大，簡單的就只是測量單向流量，只輸出模擬信號(hào)帶動(dòng)后位儀表；多功能儀表有測雙向流、量程切換、上下限流量報(bào)警、空管和電源切斷報(bào)警、小信號(hào)切除、流量顯示和總量計(jì)算、自動(dòng)核對(duì)和故障自診斷、與上位機(jī)通信和運(yùn)動(dòng)組態(tài)等。有些型號(hào)儀表的串行數(shù)字通信功能可選多種通信接口和芯片（ASIC），以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF現(xiàn)場總線等。

      2.3 流速、滿度流量、范圍度和口徑

      選定儀表口徑不一定與管徑相同，應(yīng)視流量而定。流程工業(yè)輸送水等粘度不同的液體，管道流速一般是經(jīng)濟(jì)流速1.5～3m/s。EMF用在這樣的管道上，傳感器口徑與管徑相同即可。

      EMF滿度流量時(shí)液體流速可在1～10m/s范圍內(nèi)選用，范圍是比較寬的。上限流速在原理上是不受限制的，然而通常建議不超過5m/s，除非襯里材料能承受液流沖刷，實(shí)際應(yīng)用很少超過7m/s，超過10m/s則更為罕見。滿度流量的流速下限一般為1m/s，有些型號(hào)儀表則為0.5m/s。有些新建工程運(yùn)行初期流量偏低或在流速偏低的管系，從測量精度角度考慮，儀表口徑應(yīng)改用小于管徑，用異徑管連接之。

      用于有易粘附、沉積、結(jié)垢等物質(zhì)的流體，選用流速不低于2m/s，提高到3～4m/s或以上，起到自清掃、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨耗性強(qiáng)的流體，常用流速應(yīng)低于2～3m/s ，以降低對(duì)襯里和電極的磨損。

      在測量接近閾值（即下限值）的低電導(dǎo)液體，盡可能選定較低流速（小于0.5～1m/s），因流速提高流動(dòng)噪聲會(huì)增加，而出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象。

      EMF的范圍度是比較大的，通常不低于20，帶有量程自動(dòng)切換功能的儀表，可超過50～100。國內(nèi)可以提供的定型產(chǎn)品的口徑從10mm到3000mm，隨然實(shí)際應(yīng)用還是以中小口徑居多，但與大部分其他原理流量儀表（如容積式、渦輪式、渦街式或科里奧利質(zhì)量式等）相比，大口徑儀表占有較大比重。某企業(yè)近萬臺(tái)儀表中，50mm以下小口徑、65～250mm中口徑、300～900mm大口徑、1000mm以上超大口徑分別占37%、45%、15%和3%。

      2.4 液體電導(dǎo)率

      使用EMF的前提是被測液體必須是導(dǎo)電的，不能低于閾值（即下限值）。電導(dǎo)率低于閾值會(huì)產(chǎn)生測量誤差甚至不能使用，超過閾值即使變化也可以測量，示值誤差變化不大，通用型EMF的閾值在10-4～（5×10-6）S/cm之間，視型號(hào)而異。使用時(shí)還取決于傳感器和轉(zhuǎn)換器間流量信號(hào)線長度及其分布電容，制造廠使用說明書中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線長度。非接觸電容耦合大面積電極的儀表則可測電導(dǎo)率低至5×10-8S/cm的液體。

      工業(yè)用水及其水溶液的電導(dǎo)率大于10-4S/cm，酸、堿、鹽液的電導(dǎo)率在10-4～10-1S/cm之間，使用不存在問題，低度蒸餾水為10-5S/cm也不存在問題。石油制品和有機(jī)溶劑電導(dǎo)率過低就不能使用。表1列出若干液體的電導(dǎo)率。從資料上查到有些純液或水溶液電導(dǎo)率較低，認(rèn)為不能使用，然而實(shí)際工作中會(huì)遇到因含有雜質(zhì)而能使用的情況，這類雜質(zhì)增加了電導(dǎo)率。對(duì)于水溶液，資料中的電導(dǎo)率是用純水配比在實(shí)驗(yàn)室測得的，實(shí)際使用的水溶液可能用工業(yè)用水配比，電導(dǎo)率將比查得的要高，也有利于流量測量。

表1 若干液體在20℃時(shí)的電導(dǎo)率

      根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際應(yīng)用的液體電導(dǎo)率要比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少大一個(gè)數(shù)量級(jí)。因?yàn)橹圃鞆S儀表規(guī)定的下限值是在各種使用條件較好狀態(tài)下可測量的zui低值，是受一些使用條件的限制，如電導(dǎo)率均勻性、連接信號(hào)線、外界噪聲等，否則會(huì)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)現(xiàn)象等。我們就多次遇到測量低度蒸餾水或去離子水，其電導(dǎo)率接近閾值5×10-6S/cm，使用時(shí)出現(xiàn)輸出晃動(dòng)。

      2.5 液體中含有混入物

      混入成泡狀流的微小氣泡仍可正常工作，但測得的是含氣泡體積的混合體積流量；如氣體含量增加到形成彈（塊）狀流，因電極可能被氣體蓋住使電路瞬時(shí)斷開，出現(xiàn)輸出晃動(dòng)甚至不能正常工作。

      含有非鐵磁性顆粒或纖維的固液雙相流體同樣可測得二相的體積流量。固體含量較高的流體，如鉆井泥漿、鉆探固井水泥漿、紙漿等實(shí)際上已屬非牛頓流體。由于固體在載體液中一起流動(dòng)，兩者之間有滑動(dòng)，速度上有差別，單相液體校驗(yàn)的儀表用于固液雙相流體會(huì)產(chǎn)生附加誤差。雖然還未見到EMF應(yīng)用于固液雙相流體中固形物影響的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，但國外有報(bào)告稱固形物含量有14%時(shí)誤差在3%范圍以內(nèi)；我國黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)報(bào)告稱，測量高沙含量水的流量，含沙量體積比17%～40%（沙中值粒徑0.35mm），儀表測量誤差小于3%。

      在漿液內(nèi)有較大顆粒擦過電極表面，在頻率較低的矩形激磁的EMF中會(huì)產(chǎn)生尖峰狀漿液噪聲，使流量信號(hào)不穩(wěn)，就要選用較高頻率的儀表或有較強(qiáng)抑制漿液噪聲能力的儀表，也可選用交流激磁的儀表或雙頻激磁的儀表。

      含有鐵磁性物質(zhì)的流體對(duì)通常的EMF，因測量管內(nèi)磁導(dǎo)率受鐵磁體的不同含量而變化，會(huì)產(chǎn)生測量誤差。但在磁路中置有磁通檢測線圈補(bǔ)償?shù)腅MF，可減小混入鐵磁體的影響。上海光華儀表廠在交流激磁儀表的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中稱，水中含有液固重量比約4：1，顆粒度≤0.15mm鐵精礦石的礦漿，以80mm口徑儀表作清水和漿液對(duì)比流量試驗(yàn)，通常的儀表示值變化7%～10%，裝有磁通檢測線圈的儀表，示值誤差在±2%FS以內(nèi)。

      對(duì)含有礦石顆粒的礦漿應(yīng)用，應(yīng)注意對(duì)傳感器襯里的磨損程度，測量管內(nèi)徑擴(kuò)大會(huì)產(chǎn)生附加誤差。這種場合應(yīng)選用耐磨性較好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里，同時(shí)建議傳感器安裝在垂直管道上，使管道磨損均勻，消除水平安裝下半部局部磨損嚴(yán)重的缺點(diǎn)，也可以在傳感器進(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套，相對(duì)延長使用期。

      2.6 附著和沉淀

      測量易在管壁附著和沉淀物質(zhì)的流體時(shí)，若附著的是比液體電導(dǎo)率高的導(dǎo)電物質(zhì)，信號(hào)電勢(shì)將被短路而不能工作，若是非導(dǎo)電層則首先應(yīng)注意電極的污染，譬如選用不易附著尖形或半球形突出電極、可更換式電極、刮刀式清垢電極等。刮刀式電極可在傳感器外定期手動(dòng)刮出沉垢。國外產(chǎn)品曾有電極上裝超聲波換能器，以清除表面垢層，但現(xiàn)已少見。也有暫時(shí)斷開測量電路，在電極間斷時(shí)間內(nèi)流過低壓大電流，焚燒清除附著油脂類附著層。易產(chǎn)生附著的場所可提高流速以達(dá)到自清掃的目的，還可以采取較方便的易清洗的管道連接，可不拆卸清洗傳感器。

      非接觸型電極 EMF附著非導(dǎo)電膜層，儀表仍能工作，但若為高導(dǎo)電層則同樣不能工作。

      2.7 與流體接觸零部件材料的選擇

      與流體接觸的傳感器零部件有襯里（或絕緣材料制成的測量管）、電極、接地環(huán)和密封墊片，其材料的耐腐蝕性、耐磨耗性和使用溫度上限等影響儀表對(duì)流體的適應(yīng)性。由于零部件少，形狀簡單，材料選擇靈活，電磁流量傳感器對(duì)流體的適應(yīng)性強(qiáng)。

      （1） 襯里材料（或直接與介質(zhì)接觸的測量管）

      常用襯里材料有氟塑料、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠和陶瓷等。近年有采用高純氧化鋁99.99%AI2O3）陶瓷制成襯里的，但只限中小口徑傳感器。氯丁橡膠和玻璃鋼用于非腐蝕性或弱腐蝕性液體，如工業(yè)用水、廢污水及弱酸堿，價(jià)格zui為低廉。氟塑料具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，但耐磨性差，不能用于測量礦漿液。氟塑料中zui早應(yīng)用的是聚四氟乙烯，因與測量管間僅靠壓貼，無粘結(jié)力，不能用于負(fù)壓管道，后開發(fā)各種改性品種，實(shí)現(xiàn)注塑成形，與測量管有較強(qiáng)結(jié)合力，可用于負(fù)壓。聚氨酯橡膠有*的耐磨耗性，但耐酸堿的腐蝕性較差，它的耐磨性相當(dāng)于天然橡膠的10倍，適用于煤漿、礦漿、介質(zhì)溫度低于40～60/70℃的場合。氧化鋁陶瓷有*的耐磨耗性和對(duì)強(qiáng)酸堿的耐磨腐蝕性，耐磨性約為聚氨酯橡膠的10倍，適用于具有腐蝕性的礦漿，但性脆，安裝夾緊時(shí)易碎，可用于較高溫度（120～140/180℃）但要防止溫度劇變，如通蒸汽滅菌，一般溫度突變不能大于100℃，升溫150℃ 要有10min時(shí)間。 通用型EMF幾種材料的壓力、溫度大體適用范圍可參閱下圖。

      （2）電極和接地環(huán)材料

      電極對(duì)測量介質(zhì)的耐腐是選擇材料首先考慮的因素，其次考慮是否會(huì)產(chǎn)生鈍化等表面效應(yīng)和所形成的噪聲。

      ①選擇耐腐蝕材料

      EMF電極的耐腐蝕性要求很高，常用金屬材料有含鉬耐酸鋼1Cr18Ni12Mo2Ti，哈氏合金（耐蝕鎳基合金）B、C、鈦、鉭、鉑銥合金，幾乎可覆蓋全部化學(xué)液。此外還有適用于漿液等的低噪聲電極，它們是導(dǎo)電橡膠電極、導(dǎo)電氟塑料電極和多孔性陶瓷電極，或包覆這些材料的金屬電極。在原則上電極材料的選擇應(yīng)從使用者借鑒該介質(zhì)在其他設(shè)備的應(yīng)用實(shí)際或以往的經(jīng)驗(yàn)來確定。有時(shí)要做必要的實(shí)驗(yàn)，如現(xiàn)場取液體樣品在實(shí)驗(yàn)室做待用材料的腐蝕性試驗(yàn)，的實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)場掛片，這是zui接近實(shí)際應(yīng)用條件的腐蝕性試驗(yàn)，可以得出比較可靠的結(jié)論。

      ②避免電極表面效應(yīng)

      電極的耐腐蝕性是選擇材料的重要因素，但有時(shí)候電極材料對(duì)被測介質(zhì)有很好的耐腐蝕性，卻不一定就是適用的材料，還要避免產(chǎn)生電極表面效應(yīng)。電極表面效應(yīng)分為表面化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)和極化現(xiàn)象以及電極的觸媒作用三個(gè)方面。

      化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)如電極表面與被測介質(zhì)接觸后，形成鈍化膜或氧化層。他們對(duì)耐腐蝕性能可能起到積極保護(hù)作用，但也有可能增加表面接觸電阻。例如鉭與水接觸就會(huì)被氧化，生成絕緣層。對(duì)于避免或減輕電極表面效應(yīng)的介質(zhì)----電極材料匹配，還沒有像腐蝕性那樣有充足的資料可查，只有一些有限經(jīng)驗(yàn)，尚待在實(shí)踐中積累。

      接地環(huán)連接在塑料管道或襯絕緣襯里金屬管道的流量傳感器兩端，他們的耐腐蝕要求比電極低，通常選用耐酸鋼或哈氏合金。因其體積大，從經(jīng)濟(jì)上考慮較少采用鉭、鉑等貴重金屬。如金屬工藝管道直接與流體接觸就不需要接地環(huán)。

      3．結(jié)論

      隨著企業(yè)全面走向市場，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理將進(jìn)一步深化，流量計(jì)量越顯重要，電磁流量計(jì)作為工業(yè)流量測量儀表的一種，要發(fā)揮其作用，*步要做好的工作就是選用好電磁流量計(jì)。因此，自動(dòng)化儀表專業(yè)人員在具備一定的專業(yè)知識(shí)的前提下，有必要在其選用方面掌握一定的技巧和注意事項(xiàng)，只有如此，才能滿足企業(yè)的要求，使流量計(jì)量發(fā)揮重要作用。