EMF的工作原理及選型考慮要點(diǎn)

流量是化工生產(chǎn)中重要的測(cè)定參數(shù)之一，就測(cè)量導(dǎo)電液體流量而言，不管目的是監(jiān)控還是計(jì)量，EMF都能做到測(cè)量穩(wěn)定、可靠、精度高、易流量是化工生產(chǎn)中重要的測(cè)定參數(shù)之一，就測(cè)量導(dǎo)電液體流量而言，不管目的是監(jiān)控還是計(jì)量，EMF都能做到測(cè)量穩(wěn)定、可靠、精度高、易維護(hù)。在儀表選型和使用時(shí)，筆者結(jié)合實(shí)際應(yīng)用總結(jié)一些要點(diǎn)介紹給大家供參考。

1、EMF的工作原理

EMF的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示，在EMF測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，由管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量并引出感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)流體與測(cè)量電極的電磁隔離。假設(shè)電磁感應(yīng)線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)強(qiáng)度B（T）為恒定，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓Ue（V）正比于流體平均速度（m/s），系數(shù)為k，測(cè)量管內(nèi)徑L（m）為已知。

EMF由流量傳感器和變送器兩大部分組成。傳感器測(cè)量管上下裝有勵(lì)磁線(xiàn)圈，通勵(lì)磁電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)穿過(guò)測(cè)量管，一對(duì)電極裝在測(cè)量管內(nèi)壁與液體相接觸，引出感應(yīng)電勢(shì)，送到變送器。勵(lì)磁電流則由變送器提供。

2、EMF的特點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，EMF的測(cè)量管道是一段無(wú)阻流擾動(dòng)件或節(jié)流件的光滑直管，不易發(fā)生堵塞、磨損等問(wèn)題。因此，EMF特別適用于含固體顆?；蚶w維的液固兩相流體，如紙漿、泥漿、礦漿、煤水漿和污水等。

2）由于沒(méi)有節(jié)流件，儀表幾乎無(wú)壓力損失，僅消耗10～20W的電功率，這點(diǎn)與節(jié)流的差壓式流量計(jì)相比，其節(jié)能效果成為EMF發(fā)展的一大優(yōu)勢(shì)。

3）EMF所得的體積流量，實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力、雷諾數(shù)以及在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率變化的影響。

4）EMF測(cè)量范圍很大，通常為20∶1～50∶1，每個(gè)量程又可從2%～100%線(xiàn)性測(cè)量，EMF的測(cè)量范圍可涵蓋紊流和層流兩種速度分布狀態(tài)，這是其他流量計(jì)不能與之相比擬的。

5）測(cè)量原理是線(xiàn)性的，測(cè)量度高，反應(yīng)速度快，可測(cè)脈動(dòng)流量和快速累積總量，可測(cè)正反雙向流量，傳感器前后直管段要求低。

6）耐腐蝕性能好，使用可靠，維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)。

但是，EMF不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品和有機(jī)溶劑等；不能測(cè)量氣體、蒸汽、和含有較多較大氣泡的液體；受襯里材料和電極絕緣材料的溫度限制，不能測(cè)量較高溫度的液體。

3、EMF的選型考慮要點(diǎn)

在石油化工設(shè)計(jì)中，要選擇適合的流量?jī)x表要考慮的因素很多，具體到EMF的特點(diǎn)，重點(diǎn)要求考慮四個(gè)方面的因素，即儀表性能、流量特性、安裝條件和環(huán)境條件。

1）儀表性能

市場(chǎng)上EMF的功能差別也很大，簡(jiǎn)單的就只是測(cè)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(cè)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專(zhuān)用芯片（ASIC），以連接HART協(xié)議系統(tǒng)、PROFTBUS、Modbus、FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等。

EMF的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬，如E+H公司提供W、P、H三種類(lèi)型的傳感器，分別應(yīng)用于水和污水行業(yè)（W型），化工、食品行業(yè)（P 型），食品、制藥行業(yè)（H型），口徑范圍從2毫米到2米。變送器可提供10、50、23、53多種選擇，10針對(duì)于水行業(yè)開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)型，50為普通型，53為增強(qiáng)型，23為兩線(xiàn)制。精度可有0.5%，0.2%兩種選擇。可測(cè)正反雙向流量，也可測(cè)脈動(dòng)流量。

用于易粘附、沉積、結(jié)垢等介質(zhì)，流速要求應(yīng)不低于2m/s，zui好提高到3～4m/s或以上，起到自清洗、防止粘附沉積等作用。用于礦漿等磨蝕性強(qiáng)的流體，流速應(yīng)低于2～3m/s，以降低襯里和電極的磨損。襯里、電極和接地環(huán)材料的選擇也很關(guān)鍵，可查閱適合不同介質(zhì)的有關(guān)“材料手冊(cè)”，如《自控常用材料器件手冊(cè)》。

2）流體特性

使用EMF的前提是被測(cè)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(cè)量誤差直至不能使用，超過(guò)閾值即使變化也可以測(cè)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(xiàn)長(zhǎng)度及其分布電容，制造廠使用說(shuō)明書(shū)中通常規(guī)定電導(dǎo)率相對(duì)應(yīng)的信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)度。

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(wèn)題，低度蒸餾水為 10-5S/cm也不存在問(wèn)題。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)而能使用的實(shí)例，這類(lèi)雜質(zhì)對(duì)增加電導(dǎo)率有利。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(cè)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(cè)量。

3）安裝條件

按EMF自身的轉(zhuǎn)換器與傳感器組裝方式分類(lèi)，有分離型和一體型兩種。如在污水廠中大口徑流量計(jì)傳感器大多安裝在地下，所以建議選擇IP68（防塵防潛水級(jí)），如果安裝在地上，建議選擇IP67（防塵防濺水級(jí)）。小口徑以一體式為多。通常EMF對(duì)安裝場(chǎng)所要求有：

a.測(cè)量混合相流體時(shí)，選擇不會(huì)引起相分離的場(chǎng)所；測(cè)量雙組分液體時(shí)，避免裝在混合尚未均勻的下游；測(cè)量化學(xué)反應(yīng)管道時(shí)，要裝在反應(yīng)充分完成段的下游；盡量滿(mǎn)足前后直管段分別不小于5D和 2D；

b.盡可能避免測(cè)量管內(nèi)變成負(fù)壓；

c.選擇震動(dòng)小的場(chǎng)所，特別對(duì)一體型儀表；

d.避免附近有大電機(jī)、大變壓器等，以免引起電磁場(chǎng)干擾；

e.易于實(shí)現(xiàn)傳感器單獨(dú)接地的場(chǎng)所；

f.盡可能避開(kāi)周?chē)h(huán)境有高濃度腐蝕性氣體；

g.盡可能避免受陽(yáng)光直照

4）環(huán)境條件

一般儀表應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)GB3836.1《爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備通用要求》的規(guī)定，選擇適應(yīng)使用場(chǎng)所環(huán)境的氣氛、爆炸性混合物的分級(jí)分組、設(shè)備類(lèi)型以及其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)的儀表。另外，外界磁場(chǎng)、電氣干擾、環(huán)境溫度和濕度也是EMF選型的考慮要點(diǎn)。

4、結(jié)束語(yǔ)

EMF使用方便，維護(hù)量小，主要是電極的清洗和更換，也有無(wú)電極型的EMF幾乎無(wú)需維護(hù)。當(dāng)然對(duì)EMF定期進(jìn)行在線(xiàn)標(biāo)定和檢查也是非常必要的。只要對(duì)EMF性能、特點(diǎn)有了全面深入的了解，有了應(yīng)付各種工況的策略，EMF一定會(huì)成為化工測(cè)量中的得力助手。
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