防爆型电磁流量计工作原理

一、电磁流量计的概念

防爆型电磁流量计（简称EMF ）是利用法拉第电磁感应定律制成的一种丈量导电液体体积流量的仪表。50 年代初防爆型电磁流量计(EMF) 实现了产业化应用， 70 年代后期泛起键控低频矩形波激磁方式， 逐渐替换早期应用的工频交流激磁方式， 仪表机能有了很大进步， 得到更为广泛的应用。近年来，发展速度较快， 2005 年全球产量估计在20 万台以上。目前，大口径防爆型电磁流量计较多应用于给排水工程， 中小口径常用于固液双相等难测流体或高要求场所。如丈量造纸产业纸浆液和黑液、有色冶金业的矿浆、选煤厂的煤浆、化学产业的强侵蚀液以及钢铁产业高炉风口冷却水控制和监漏，长间隔管道煤的水力输送的流量丈量和控制。小口径、微小口径防爆型电磁流量计则常用于医药产业、食物产业、生物工程等有卫生要求的场所。

 

二、防爆型电磁流量计测量原理

防爆型电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20 ：1 以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性， 精确度较高， 可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。

当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定：

Ex=BDv －－－－－－－－－－－－－－－－式（ 1）

式（ 1）中

Ex— 感应电势， V；

B—磁感应强度， T

D— 管道内径， m

v— 液体的平均流速， m/s

然而体积流量qv 等于流体的流速v 与管道截面积（ πD2）/4 的乘积，将式（ 1）代入

该式得：

Qv=(π D/4B)* Ex －－－－－－－－ -式（ 2）

由上式可知，在管道直径D 己定且保持磁感应强度B 不变时，被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极， 就可引入感应电势Ex，测量此电势的大小，就可求得体积流量。据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时， 导电液体切割磁力线产生感应电势， 此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流速成正比例，其值为：

E=B·V·D·K

式中： E－感应电势；

K－与磁场分布及轴向长度有关的系数；

B－磁感应强度；

V－导电液体平均流速；

D－电极间距；（测量管内直径）

传感器将感应电势E 作为流量信号， 传送到转换器， 经放大， 变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。转换器有4~20mA 输出，报警输出及频率输出，并设有RS－485 等通讯接口，并支持HART 和MODBUS 协议。

注：不同防爆型电磁流量计参数略有差异，使用时请务必查看说明书。

 

根据法拉第电磁感应定律，在磁感应强度为B 的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D 的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速v 流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明， 只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间产生感生电动势：

e=KBDv (3-36)

式中， v 为管道截面上的平均流速， k 为仪表常数。由此可得管道的体积流量为：

qv= π eD/4KB (3-37)

由上式可见，体积流量qv 与感应电动势e 和测量管内径D 成线性关系，与磁场的磁感应强度B 成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。

需要说明的是，要使式(3— 37) 严格成立，必须使电磁流量计测量条件满足下列假定：

①磁场是均匀分布的恒定磁场;

②被测流体的流速轴对称分布;

③被测液体是非磁性的;

④被测液体的电导率均匀且各向同性