一、電磁流量計(jì)的概念
 
電磁流量計(jì)（簡(jiǎn)稱EMF ）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種丈量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50 年代初電磁流量計(jì)(EMF) 實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用， 70 年代后期泛起鍵控低頻矩形波激磁方式， 逐漸替換早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式， 儀表機(jī)能有了很大進(jìn)步， 得到更為廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，發(fā)展速度較快， 2005 年全球產(chǎn)量估計(jì)在20 萬(wàn)臺(tái)以上。目前，大口徑電磁流量計(jì)較多應(yīng)用于給排水工程， 中小口徑常用于固液雙相等難測(cè)流體或高要求場(chǎng)所。如丈量造紙產(chǎn)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)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)侵蝕液以及鋼鐵產(chǎn)業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制和監(jiān)漏，長(zhǎng)間隔管道煤的水力輸送的流量丈量和控制。小口徑、微小口徑電磁流量計(jì)則常用于醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)、食物產(chǎn)業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場(chǎng)所。
 
二、測(cè)量原理
 
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測(cè)量的流量計(jì)?？蓽y(cè)流量范圍大。最大流量與最小流量的比值一般為20 ：1 以上，適用的工業(yè)管徑范圍寬，最大可達(dá)3m，輸出信號(hào)和被測(cè)流量成線性， 精確度較高， 可測(cè)量電導(dǎo)率≥5μs/cm的酸、堿、鹽溶液、水、污水、腐蝕性液體以及泥漿、礦漿、紙漿等的流體流量。但它不能測(cè)量氣體、蒸汽以及純凈水的流量。
 
當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度及導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)而切割磁感應(yīng)力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢(shì)的大小由下式確定：
 
Ex=BDv －－－－－－－－－－－－－－－－式（ 1）
 
式（ 1）中
 
Ex— 感應(yīng)電勢(shì)， V；
 
B—磁感應(yīng)強(qiáng)度， T
 
D— 管道內(nèi)徑， m
 
v— 液體的平均流速， m/s
 
然而體積流量qv 等于流體的流速v 與管道截面積（ πD2）/4 的乘積，將式（ 1）代入
 
該式得：
 
Qv=(π D/4B)* Ex －－－－－－－－ -式（ 2）
 
由上式可知，在管道直徑D 己定且保持磁感應(yīng)強(qiáng)度B 不變時(shí)，被測(cè)體積流量與感應(yīng)電勢(shì)呈線性關(guān)系。若在管道兩側(cè)各插入一根電極， 就可引入感應(yīng)電勢(shì)Ex，測(cè)量此電勢(shì)的大小，就可求得體積流量。據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在與測(cè)量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對(duì)檢測(cè)電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測(cè)量管軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)， 此感應(yīng)電勢(shì)由兩個(gè)檢測(cè)電極檢出，數(shù)值大小與流速成正比例，其值為：
 
E=B·V·D·K
式中： E－感應(yīng)電勢(shì)；
K－與磁場(chǎng)分布及軸向長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)；
B－磁感應(yīng)強(qiáng)度；
V－導(dǎo)電液體平均流速；
D－電極間距；（測(cè)量管內(nèi)直徑）
 
傳感器將感應(yīng)電勢(shì)E 作為流量信號(hào)， 傳送到轉(zhuǎn)換器， 經(jīng)放大， 變換濾波等信號(hào)處理后，用帶背光的點(diǎn)陣式液晶顯示瞬時(shí)流量和累積流量。轉(zhuǎn)換器有4~20mA 輸出，報(bào)警輸出及頻率輸出，并設(shè)有RS－485 等通訊接口，并支持HART 和MODBUS 協(xié)議。
 
注：不同電磁流量計(jì)參數(shù)略有差異，使用時(shí)請(qǐng)務(wù)必查看說(shuō)明書。
 
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為D 的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速v 流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線.如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極則可以證明， 只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布，兩電極之間產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)：

e=KBDv (3-36)式中， v 為管道截面上的平均流速， k 為儀表常數(shù)。由此可得管道的體積流量為：
qv= π eD/4KB (3-37)
由上式可見，體積流量qv 與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e 和測(cè)量管內(nèi)徑D 成線性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 成反比，與其它物理參數(shù)無(wú)關(guān)。這就是電磁流量計(jì)的測(cè)量原理。
 
需要說(shuō)明的是，要使式(3— 37) 嚴(yán)格成立，必須使電磁流量計(jì)測(cè)量條件滿足下列假定：
 
①磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng);
 
②被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布;
 
③被測(cè)液體是非磁性的;
 
④被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性

三、機(jī)能優(yōu)缺點(diǎn)
 
(1)優(yōu)點(diǎn)：
 
1、電磁流量計(jì)的丈量通道是一段無(wú)阻流檢測(cè)件的光滑直管，因不易梗阻，適用于丈量含有固體顆?；蚶w維的液固二相流體，如紙漿、煤水漿、礦漿、泥漿和污水等
2、電磁流量計(jì)不產(chǎn)生因檢測(cè)流量所形成的壓力損失，儀表的阻力僅是統(tǒng)一長(zhǎng)度管道的沿程阻力，節(jié)能效果明顯，對(duì)于要求低阻力損失的大管徑供水管道最為適合。
 
3、電磁流量計(jì)所測(cè)得的體積流量，實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率（只要在某閾值以上）變化顯著的影響。
 
4、與其他大部分流量?jī)x表比擬，前置直管段要求較低。
 
5、丈量范圍度大，通常為20：1～50：1，可選流量范圍寬。滿度值液體流速可在0.5～10m/s 內(nèi)選定。
 
6、電磁流量計(jì)的口徑范圍比其他品種流量?jī)x表寬， 從幾毫米到3m?？蓽y(cè)正反雙向流量，也可測(cè)脈動(dòng)流量，只要脈動(dòng)頻率低于激磁頻率良多。儀表輸出本質(zhì)上是線性的。
 
7、易于選擇與流體接觸件的材料品種，可應(yīng)用于侵蝕性流體。

 (2)缺點(diǎn)：
 
1、電磁流量計(jì)不能丈量電導(dǎo)率很低的液體， 如石油制品和有機(jī)溶劑等。不能丈量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。
 
2、通用型電磁流量計(jì)因?yàn)橐r里材料和電氣絕緣材料限制，不能用于200 度以上高溫度的液體；同時(shí)不能用于溫度過低的介質(zhì)，因丈量管外凝露（或霜）而破壞絕緣。
 
四、分類與應(yīng)用
 
目前，電磁流量計(jì)已發(fā)展成多種類型，分類方法也有良多種：
 
1．按勵(lì)磁方式分類

1）直流勵(lì)磁型這種電磁流量計(jì)數(shù)目很少， 只用于丈量液態(tài)金屬流量， 如常溫下的汞和高溫下的液態(tài)鈉、鉀等。
 
2）交流工頻勵(lì)磁型較早期的電磁流量計(jì)用50Hz 工頻市電勵(lì)磁，因?yàn)橐资茈姶鸥蓴_和零點(diǎn)漂移等原因，現(xiàn)已逐漸被低頻矩形勵(lì)磁所代替。但在丈量泥漿、礦漿等液固兩相流時(shí)，低頻矩形波勵(lì)磁方式因?yàn)椴荒芸朔腆w掠過電極表面產(chǎn)生的尖峰噪聲， 而工頻交流勵(lì)磁的儀表則不存在這一缺點(diǎn)，所以海內(nèi)外尚有一些電磁流量計(jì)仍采用交流勵(lì)磁方式。
 
3）低頻矩形波勵(lì)磁型用于低頻矩形波勵(lì)磁方式功耗小， 零點(diǎn)不亂， 是目前電磁流量計(jì)的主要?jiǎng)?lì)磁方式。其波形有“正—負(fù)”二值和“正—零—負(fù)—零”三值兩種。有的電磁流量計(jì)勵(lì)磁頻率可以由用戶設(shè)定，一般小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表用較低頻率。
 
4）雙頻勵(lì)磁型勵(lì)磁電流的波形是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波， 主要為克服二值矩形波勵(lì)磁存在的漿液噪聲和活動(dòng)噪聲，進(jìn)步儀表的不亂性和響應(yīng)特性。
 
2．按傳感器和轉(zhuǎn)換器的組成分類
 
1）分離型這是電磁流量計(jì)的主要型式。傳感器安裝在暢通流暢管道上， 轉(zhuǎn)換器裝在儀表室內(nèi)或易于安裝和操縱的傳感器四周， 間隔一般為數(shù)十到數(shù)百米。其好處是轉(zhuǎn)換器可闊別現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境前提，電子器件的檢查、調(diào)整和丈量參數(shù)的比較利便。
 
2）一體型傳感器和轉(zhuǎn)換器組裝在一起， 裝在工藝管道上直接輸出反映流量大小的電流（或頻率） 尺度信號(hào)。其好處是縮短了傳感器和轉(zhuǎn)換器之間的流量信號(hào)線和勵(lì)磁線的連接長(zhǎng)度，沒有外界的這類布線，因此電器接線簡(jiǎn)樸，價(jià)格也比較便宜。但易受管道布置的限制，假如安裝在人們不易接近的場(chǎng)所，維護(hù)很不利便；此外，轉(zhuǎn)換器中的電子器件裝在管道上，易受液體溫度和管道振動(dòng)的影響。
        
3．按連接方式分類
 
按流量傳感器與管道連接方法分類， 有法蘭連接、法蘭夾裝連接、衛(wèi)生型連接和螺紋連接。
 
4．按用途分類
 
1）通用型用于冶金、石化、造紙、輕紡、給排水、污水處理以及醫(yī)藥、食物、生物和精細(xì)化工等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的一般電磁流量計(jì)， 是電磁流量計(jì)的主要類型。對(duì)被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率有一范圍要求，一般不能超過其上下限范圍。
 
2）防爆型用于有爆炸性氣氛的場(chǎng)所。因?yàn)閯?lì)磁電流能量較大， 目前仍是以隔爆型為主。近年來(lái)國(guó)外已泛起本質(zhì)安全型， 即安全火花型電磁流量計(jì)， 勵(lì)磁功率大幅度降低， 可以做成一體型，全部裝在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)工作。
 
 
3）衛(wèi)生型用于醫(yī)藥、食口和生物化學(xué)等產(chǎn)業(yè)的電磁流量計(jì)， 在定時(shí)來(lái)菌、便于拆卸清洗等方面要符合有關(guān)衛(wèi)生的要求。
 
4）防浸水型用于安裝在地面下的傳感器，可承受短時(shí)間的水浸沒。
 
5）潛水型用于丈量明渠或非滿管暗渠自由水面自由流時(shí)的流量。傳感器在明渠截流擋板下部，長(zhǎng)期浸在水下工作。結(jié)構(gòu)和使用上都有別于一般電磁流量計(jì)。
 
6）插入型用于大管徑的電磁流量傳感器。傳感器從管道開孔中徑向插入， 以丈量局部流速推算流量，精確度較低，但價(jià)格便宜，合用于控制系統(tǒng)。