电磁流量计或众所周知的“电磁流量计”是世界上工业和商业应用中用于测量流量的最通用的仪器之一，占全球流量计安装量的近 25%。电磁流量计耐用、可靠、准确且具有成本效益，但在决定如何以及何时部署它们时需要考虑几个标准。

 

         在深入研究与电磁流量计相关的特定应用问题之前，shou先讨论与其他流量测量技术相比它们的相对优势和劣势是很有用的。电磁流量计理论和结构的基本知识以及它们如何测量流量将有助于更好地理解为什么该技术适用于所讨论的应用。

 

电磁流量计基础知识

         电磁流量计使用称为法拉第电磁感应定律的现象来测量流量。法拉第定律指出，流过磁场的导电流体会产生电动势（电信号）。该力的强度与流体通过管道的速度成正比——流体移动得越快，产生的电信号就越大。

         工程师应用这一物理定律来创建我们现在称为电磁流量计的实用设计。市场上的大多数仪表都具有相同的基本结构——过程介质流过的仪表主体（有时称为流量管或检测器），以及将来自仪表主体的电信号转换为有用的数据块的电子转换器。数据。

 

         仪表本体本质上是一个金属或塑料管，带有不导电/绝缘衬里，与被测流体串联安装。缠绕在管子上的金属线圈产生必要的电磁场，安装在管子两侧的电极读取电信号。该信号与流速成正比。

 

         转换器（有时称为变送器，或简称为“电子设备”），知道管道的尺寸和磁场强度，处理电信号并将其转换为有用的输出（4-20 mA 模拟输出、HART 或 DE数字输出等）。

这种简单的结构产生了许多好处和选择。

 

（1）尺寸范围从非常小（直径 1/10 英寸）到非常大（直径 72 英寸及以上），并且可以使用多种接液材料，因此电磁流量计几乎可用于所有可以想到的应用，以测量从饮用高腐蚀性酸的水。

（2）由于电极不会穿透流体流，并且仪表主体的选择与周围管道尺寸相匹配，因此基本上没有压降。

（3）没有移动部件会随着使用而磨损，因此维护工作最小化，电磁流量计是双向的，可用于有时流动反向的地方。

（4）制造商不断改进硬件和软件以优化性能规格，例如量程比和精度。

 

         此外，电磁流量计市场庞大且成熟，这意味着多个制造商可以随时提供设计，从而形成开放的市场和具有成本竞争力的解决方案。但是，必须考虑一些限制。

 

流量计选择的实际考虑

流体电导率

 

         shou先，电磁流量计只能测量导电流体；它们无法测量蒸汽或天然气等蒸汽，或超纯水、动物脂肪和植物油等非导电流体或碳氢化合物（石油和天然气）。四线电磁流量计通常可以测量最小电导率为每厘米 3 微西门子 (µS/cm) 的流体。由于可用功率较低，两线电磁流量计可能需要至少 10 µS/cm 的电导率。

材料和化学兼容性

         其次，仪表应该与流经它的过程流体在材料和化学上兼容。可以使用多种接液材料（衬垫、电极和接地环）。设计人员永远不应过度设计系统——更耐用和“异国情调”的接液材料通常成本更高——但应注意考虑被测介质的腐蚀性、磨蚀性、压力、温度和其他方面。 

 

电极和接地环

 

         电极和接地环最常见的金属是不锈钢，可用于大多数水应用（锅炉、冷水机、废水等）和哈氏合金-C，一种可与海水、溴一起使用的镍钼合金和许多酸。当不锈钢或哈氏合金不兼容时，可以使用更“奇特”的金属，如钛、钽和铂铱。

 

内胆材质

 

         大多数衬垫由含氟聚合物（塑料）制成，例如 PFA 和 PTFE，它们具有良好的耐化学性和耐磨性，适用于加热和冷却、水和废水、纸浆和造纸加工以及食品和饮料。硬橡胶衬里可用于具有较大、不规则形状固体的流体。对于腐蚀性很强的浆料，可以使用陶瓷衬里。与电极和接地环材料一样，还应考虑化学兼容性以避免化学腐蚀。

 

         表 2 显示了取自知名来源的各种工艺接液材料的特性；在完成任何设计之前，请咨询兼容性数据库或材料专家。

如果要看中文材料特性请访问本网站产品说明

流体速度和溶解固体

         在选择材料时，还必须考虑被测流体的物理方面。电磁流量计可以测量大于 0.1 m/s 和小于 10 m/s 的流速（大多数制造商建议将速度限制在 1 m/s 到 5 m/s 之间，以避免管道摩擦造成的压力损失并减少衬里的磨损） . 对于浆液，流量应降至 2 m/s 以下。例如，在采矿作业中，粉碎的岩石混入水中并通过管道运输。移动速度超过 2 m/s 的大型磨料颗粒会迅速磨损衬里。

         介质中溶解固体的浓度也会影响仪表读取电信号的效果。在纸浆和造纸应用中，液体、漂白或未漂白纸浆和其他流体混合物中的高浓度纸浆浓度（5% 或更高）会在过程中产生电噪声，导致大多数标准电磁流量计读数不佳。专门的高能、抗噪声仪器适用于这些环境。这些专业仪表使用更高的激励信号和更高的激励频率——由此产生的电动势可与泥浆噪声区分开来，仪表更容易读取。

 

典型和非典型工艺条件

 

         其他设计考虑因素包括过程是否会出现显着的温度或压力变化。热循环或快速排空管线进行维护可能会“剥落”或“起泡”衬里，使其远离检测器基板；一些电磁流量计主体通过机械方式将衬管锁定在基板上以防止这种情况发生。

 

         纸浆和造纸操作中的黑液测量尤其难以测量。在造纸过程中，苛性物质（称为白液）在称为消化的过程中与木屑颗粒混合。随着木屑颗粒的分解，纸浆原料从混合物中分离出来，并被送往下一个工序制成纸。残留的受污染的苛性碱，现在称为黑液，在回收锅炉中燃烧成为绿液。绿液再苛化成白液，用于下一批蒸煮。使用传统电磁流量计测量黑液流量可能很困难，主要有两个原因：

 

               1、热效应：热冲击（短时间内温度变化大）会使陶瓷内衬破裂并使 PFA 内衬变形，从而从流量管末端的基板上剥落；高流体温度会使垫圈变形并导致电极泄漏；来自黑液的汽化气体甚至可以穿透 PFA 衬里并使其从钢基材上起泡。

               2、结垢会在相对粗糙的衬里上或在与流量管壁齐平或略微凹陷的电极上形成。

 

         幸运的是，工程师通过针对困难应用的特殊设计解决了这些问题。大多数传统 PFA 衬垫的轮廓粗糙度参数Ra为 0.1 至 0.2；抛光的陶瓷衬垫可以具有0.2 至 0.3 的Ra。这可能看起来不多，但在这些相对粗糙的表面上可能会发生结垢。特殊镜面 PFA内胆（表面粗糙度Ra为 0.03 至 0.08）可有效消除内胆壁上的结垢。

         通过将电极突出到流动流中 1.5 到 3 毫米，可以减少电极上的结垢。这对仪表中的压降影响最小，但会产生自清洁效果 - 电极本身上的任何堆积物都会被连续流动的过程流体清除掉。

 

         为了防止由于热效应导致的故障，存在多种解决方案。特殊的加热和老化步骤将衬垫机械锁定到金属冲孔板上，可减轻剥落和起泡，高压缩增强弹簧可确保电极处的密封垫圈紧密。在流量管上增加通气孔可以让蒸发的气体从仪表中逸出，而不是造成起泡和气泡。

 

原位放置

         每个应用都应该仔细考虑，但总的来说，电磁流量计不像其他一些流量计那样对非均匀流动敏感——管道弯头和弯头等障碍物对仪表的影响最小。因此，大多数电磁流量计可以放置在弯道或其他障碍物上游的 3 倍管径处，而许多其他流量计至少可以放置 10 倍管径。表 3 显示了最常见的流量计类型推键的最小上游和下游直径距离。

 

         在选择放置仪表的位置时，与障碍物的距离并不是很好的考虑因素，尽管电磁流量计需要完整的管道才能正确读取。理想的放置是在垂直管道中，过程介质向上流动，因为这样可以确保管道在测量点充满。如果管道保持充满，仪表可以水平安装。它们不应放置在流量向下流动的管道部分中——管道中的“瀑布”效应可能会导致空气袋，这会导致仪表读数不佳。图 6 显示了正确的电磁流量计放置。

成本考虑

         如果不提及成本，任何关于流量测量的讨论都是不完整的。电磁流量计的成本相对于其他技术来说是“中间道路”——它们通常比科里奥利仪表便宜，比差压变送器贵，并且与涡流和涡轮仪表具有竞争力。成本随着管道直径的增加而增加——流量管越大，需要的材料就越多。很容易将电磁流量计与科里奥利、DP 流量或涡流技术的价格进行比较，但单价并不能说明全部情况。必须考虑总安装成本——主要元件、接线和导管、运行电表的能源以及停止使用电表的成本可能使单件价格相形见绌。

 

结论

         对于每一种可能的应用，都没有单一的流量测量解决方案。科里奥利仪表准确但价格昂贵；涡街流量计经久耐用，但在低流速下挣扎；差压流量测量可能具有成本效益，但根据定义，需要显着的压降；电磁流量计避免压降，但只能测量导电流体。某些操作需要非常严格的流量测量以进行化学品计量或贸易交接。其他操作只需要证明流量，所以泵不会烧坏。许多人使用这些数据来帮助进行能源管理。有经验的专业人员应该评估每个应用程序并制定适合要收集的信息及其使用方式的流量测量策略。Mag 仪表涵盖各种管道直径和过程介质，并以合理的价格提供重要数据。安装后，它们可以提供多年的可靠性能，而不会中断流程。简而言之，电磁流量计是工业和商业流体流量测量的主力军，是各种过程的正确设计选择。