智能电磁流量计

　　发展历史
　　第二次世界大战后，随着国际经济和科学技术的迅速发展，流量计量日益受到重视，流量仪表随之迅速发展起来。如N-十世纪50年代，工业中使用的主要流量计已经有孔板、皮托管、浮子流量计三种，被测介质的范围也较窄， 但测量准确度已开始满足一些低水平的生产需要。而近50年来，为满足不同种类流体特性、不同流动状态下的流量计量的需要，先后研制出并投入使用的流量计有速度式流量计、容积流量计、动量式流量计，电磁流量计、超声波流量计等几十种不同测量原理的新型流量计。
　　流量计量广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及日常生活各个领域之中，随着工业生产向自动化方向的发展及人们日常生活发展的需要，流量仪表在整个仪表生产中所占比重越来越大，资料表明，在不同的工业部门中所使用的流量仪表占整个仪表总数的15～30%。流量仪表的配备很大程度上直接影响企业的经营与成本核算，国内外投入使用的流量计有百十多个品种。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种流量仪表能适用所有流量测量的场合，每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局限性。由于流量测量条件的复杂性以及科学技术的迅速发展，人们对流量计量提出更新更高的要求，流量计量的现况远不能满足生产生活的需要，还有大量的技术问题有待进一步研究解决。主要存在的问题如下： 流量仪表的品种、规格、准确度和可靠性尚不能完全满足要求。特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、特大流量、微小流量等的测量问题，有待发展有效的测量手段； 流量标准装置不能满足流量计检定要求，尤其是缺乏现场进行实时检定流量计的技术手段。针对上述问题，随着科学技术的发展，人们利用的技术成果研制新型流量计，将超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等新技术引入流量计量领域，使得无接触无活动部件间接测量技术大大发展，流量传感器趋向电子化、数字化、多功能化，为流量计量开拓新的领域。新型流量计已具有量程比宽、智能化、可靠性高、价格低廉、维修方便的特点。
　　电极选择
　　电极材料：耐蚀及耐磨性能
　　不锈钢0Crl8Nil2M02Ti：用于工业用水、生活用水、污水等具有弱腐蚀性的介质，适用于石油、化工、钢铁等工业部门及，市政、环保等领域。
　　哈氏合金B：对沸点以下的一切浓度的盐酸有良好的耐蚀性，也耐硫酸、磷酸、氢氟酸、有机酸等非氯化性酸、碱，非氧化性盐液的腐蚀。
　　哈氏合金C：能耐非氧化性酸，如硝酸、混酸、或铬酸与硫酸的混合介质的腐蚀，也耐氧化性盐类如：Fe，”、、Cu”下或含其他氧化剂的腐蚀，如高于常温的次氯酸盐溶液、海水的腐蚀
　　钛：能耐海水、各种氯化物和次氯酸盐、氧化性酸(包括发烟硫酸)、有机酸、碱的腐蚀。不耐较纯的还原性酸（如硫酸、盐酸）的腐蚀，但如酸中含有氧化剂(如硝酸、Fc++、Cu++)时，则腐蚀大为降低。
　　钽：具有优良的耐蚀性和玻璃很相似。除了氢氟酸、发烟硫酸、碱外，几乎能耐——切化学介质（包括沸点的盐酸、硝酸和l 50℃以下的硫酸）的腐蚀。在碱中刁；耐蚀。
　　铂/钛合金：几乎能耐——切化学介质，但不适用于王水和铵盐。
　　不锈钢涂覆碳化钨：用于无腐蚀性，强磨损性的介质。
　　未来发展方向
　　随着智能电磁流量计在流量测量中越来越流行，电磁流量计的技术发展主要是朝着精确度、可靠性、多功能化、小型化、低耗能、适用范围扩大等几个方面发展。掌握好这些方面的发展，可以提高电磁流量计的使用效率。
　　电磁流量计的高精确度，与早期的工频励磁相比，低频矩形波励磁、双频励磁、可编程控制励磁等新的励磁方式电磁流量计提高了传感器输出流量信号的信噪比，降低并稳定了仪表的零点。转换器应用先进的集成运算放大器大幅度降低了器件的噪声。采用数字的处理方法，较模拟电路的转换器能使电磁流量计的测量精确度大幅度提高，电磁流量计的误差都大幅度降低。
　　由于电磁感应的作用，会产生涡电流，形成了二次磁通，采用低频矩形波励磁能够有效地减少二次磁通的产生，因而零点较稳定。矩形波磁场的频率为工频频率的整数倍，信号采样时其平均值为零，可消除工频串模干扰影响，调制的双频励磁、可编程控制励磁，在测量固液两相浆液流量时，能减少电极上产生低频电化学噪声的影响，提高了传感器信号的可靠性。高集成度的电子元器件减少了硬件、软件的屏蔽技术，都是增加转换器可靠性的有效措施。转化器中应用单片计算机，能够充分利用计算机具有信息存储、分时处理、运算和控制能力的优点，能比较容易地实现流量的双向测量、空管测量、多量程自动切换、人机对话、与上位计算机通信、自诊断等附属功能。
　　权重分布性磁场的电磁流量传感器磁场线圈较均匀分布磁场励磁线圈的长度大大地缩短；低频励磁信噪比的提高，可使磁感应强度也大幅度地降低。因而，线圈铁芯尺寸能够减少，传感器长度得以缩短。所以与早期的电磁流量计相比，当前的电磁流量计能够实现产品的小型化，传感器和转换器合二为一的一体型结构，更能有效地降低流量计的制造成本。
　　早期交流励磁电磁流量计存在很大的涡流现象，为了得到高的测量高的精确度，需要产生较强的感应电动势，而使用低频矩形波励磁的电磁流量计与交流励磁型电磁流量计比较，能耗在大幅度的降低。
　　随着时代的进步，电子技术的发展和新型绝缘材料、磁性材料随着高科技在不断发展，电磁流量计厂家开发了各种新型的电磁流量计，来满足测量的介质有腐蚀性、污染性的问题

　　1：微处理器系统电源电压监视技术
　　智能电磁流量计中微处理器系统当电源瞬态欠压，励磁开关脉冲动作都会造成微处理器误动作，数据丢失等现象，因此必须采用可靠的复位电路和电源电压监视技术。最简单实用的方法是采用低成本电源配合高灵敏度的电源电压监视器，提高微处理器系统和抗干扰能力。
　　2：同步采样的频度补偿技术
　　同步采样和工频电源频率监视补偿技术，是提高抗流量信号电势中混入工频干扰和工频电源频率波动产生工频干扰能力的有效方法。同步采样技术，其采样脉宽为工频周期的整数倍，使流量信号电势中工频干扰平均值等于零，以消除工频干扰的影响；工频电源的频率波动补偿是保证频率的动态波动中，励磁电源和采样脉冲得以同步调整，真正实现同步采样技术和同步励磁技术，同步A/D转换，以降低工频干扰的影响。
　　3：前置放大器的设计是提高抗干扰能力的首要环节
　　电磁流量传感器输出流信号十分微弱，内阻抗较高，因此高输出入阻抗、低漂移、低噪声、高CRMM前置放大器才能满足抗同相共模干扰的要求。前置放大器采用JFET高输入阻抗电压缓冲器，低漂移低噪声减法器，精密电阻精心匹配组成仪用放大器，并采用输入保护技术，共模电压自举技术和接地技术大大提高抗共模干扰的能力，抑制零点漂移的影响。
　　4：采用新型HCMOS系列芯片技术
　　采用74HC系列芯片技术较采用74LS系列芯片其低噪声容限提高2.4倍，高燥声容限提高2.1倍，智能电磁流量计整个硬件采用74HC系列芯片，不仅降低整个功耗，而且提高元器件本身抗干扰能力，为电源流量计小型轻量一体化奠定了基础。
　　5：新型励磁技术是提高智能电磁流量计抗干扰能力的重要手段
　　智能电磁流量计励磁技术的发展，不仅减弱电极极化电势、泥浆干扰、流动噪声的影响，又能改变工频干扰的形态，便于同步采样技术处理工频干扰噪声，以避免工频干扰的影响。电磁流量传感器采用工频频率同步三值低频矩形励磁和双频矩形波励磁，从而提高电磁流量计整个抗干扰能力，提高电磁流量计的测量精度和可靠性。

　　电磁流量计根据电磁感应原理工作,因此安装时应远离变频器、变压器、电动机等易产生电磁干扰的设备,安装位置应避免阳光直射。被测流体电导率应基本均匀。同时还应注意以下几方面:
　　上下游直管段
　　为了使现场使用的流量仪表获得与实流校验相同的精度,一定要满足规定的流动条件。电磁流量计工作时要求上游流体均匀流动,下游配管件的扰动不会上溯影响测量值,即要求一定长度上下游直管段。一般要求在电磁流量计上游的各种阀门、弯管、缩径管等距流量计的直管段的长度必须在5～10D以上(D是流量计的内径),下游直管段长度应在2～3D以上。
　　液体应充满管道
　　智能电磁流量计可以水平、垂直或与水平成任何角度安装,但是管路结构必须保证测量管中始终充满液体,否则就会产生误差。当不得不装在自上而下的垂直管道上时,流量计应装在管道的下部,且流量计下游装有节流阀门使下游产生一背压。
　　液体中无气泡
　　管路设计应确保液体中不会分离出气泡。因为阀门动作时,会使管道中的压力变化,从而产生气泡,所以,流量计应安装在阀的上游。
　　电极与地面平行
　　电磁流量计水平安装或与地面成一角度时，电极连线与地面平行。如果电极连线与地面垂直的话，上一个电极附近容易集结气泡阻挡液体与之接触，而下面的电极容易被泥浆覆盖。图1ADMAG AE测量原理示意图.. 图2电磁流量计组成框图。
　　液体电导率应稳定
　　不要把电磁流量计安装在流体电导率极不均匀的地方。尤其在仪表上游有化学物质注入的情况下，极易导致电导率的不均匀性，从而对仪表指示产生严重影响。在这种情况下应在仪表下游注入化学物质，如需在上游注入则注入点应与流量计保持一定距离,使液体混合均匀。
　　接地
　　由于智能电磁流量计的感应信号电压很小,容易受噪声的影响,因此流量计必须良好接地。电磁流量计都配有接地环,其作用是通过与液体接触,建立液体接地,并且保护内衬,只有这样才能保证传感器的基准电位、转换器/放大器的基准电位都与被测液体电位相同,也与地电位相同,减少噪声对测量结果的影响。必须强调,电磁流量计一定要单独接地。因为若与其他仪表或电气装置共同接地,接地线中的漏电流对测量信号将产生串模干扰,严重时流量计将无法工作。另外,接地点应远离大型用电器,避免地电流串入流量计,造成干扰源。此外，在安装过程中还应注意：焊接时千万不可碰伤流量计里面的电极和橡胶衬里(电极一般为两粒白色金属点)，安装流量计时,法兰之间应加橡胶垫圈,以防漏水。阴雨天应避免室外接线。
　　维护
　　1、日常维护
　　电磁流量计在使用过程中应定期做直观检查，检查仪表周围环境，扫除尘垢，确保不进水和其他物质，检查接线是否良好，检查仪表附近有否新装强电磁场设备或有新装电线横跨仪表。
　　若是测量介质容易沾污电极或在测量管壁内沉淀、结垢、应定期作清垢、清洗。
　　2、故障查找
　　电磁流量计开始投运或正常投运一段时间后发现仪表工作不正常，应首先检查流量计外部情况，如电源是否良好、管道是否泄露或处于非满管状态、管道内是否有气泡、信号电缆是否损坏、转换器输出信号（即后位仪表输入回路）是否开路。切记盲目拆修流量计。
　　3、传感器检查
　　测试设备：500MΩ绝缘电阻测试仪一台，万用表一只。
　　测试步骤：
　　（1） 在管道充满介质的情况下，用万用表测量接线端子A、B与C之间的电阻值，A-C、B-C之间的阻值应大至相等。若差异在1倍以上，可能是电极出现渗漏、测量管外壁或接线盒内有冷凝水吸附。
　　（2） 用万用表测量X、Y之间的电阻，若超过200Ω，则励磁线圈及其引出线可能开路或接触不良。拆下端子板检查。
　　（3） 检查X、Y与C之间的绝缘电阻，应在200MΩ以上，若有所下降，用热风对外壳内部进行烘干处理。实际运行时，线圈绝缘性下降将导致测量误差增大、仪表输出信号不稳定。
　　（4） 在衬里干燥情况下，用MΩ表测A-C、B-C之间的绝缘电阻（应大于200MΩ）。再用万用表测量端子A、B与测量管内二只电极的电阻（应呈短路连通状态）。若绝缘电阻很小，说明电极渗漏，应将整套流量计返厂维修。若绝缘有所下降但仍有50MΩ以上且步骤（1）的检查结果正常，则可能是测量管外壁受潮，可用热风机对外壳内部进行烘干。
　　（5） 如判定传感器有故障，请与电磁流量计生产厂家联系，一般现场无法解决，需到厂家维修。
　　4、转换器检查
　　电磁流量计如判定是转换器故障，经检查外部原因没问题的情况下，请与生产厂家联系一般会采取更换线路板的方式解决。
　　常见故障及处理
　　液体中含有气泡
　　现象：液体中含有气泡现象导致测量不准或测量值波动(输出波动)。成因:液体中泡状气体的形成有从外界吸入和液体中溶解气体(空气) 转变成游离状气泡两种途径。若液体中含有较大气泡,则因擦过电极时能遮盖整个电极,使流量信号输入回路瞬间开路,导致输出信号出现晃动。.. 判别方法:简单判别方法是当遇到晃动时,切断磁场励磁回路电流,如果此时仪表依然有显示且不稳定时,说明大多是由于气泡影响造成。如果此时以指针式万用表测量电极电阻,可测量到电极的回路电阻要比正常时高,但该测试需要靠人员长期积累的测试经验和数据。解决方法:对于被测介质中含有空气的情况,如果判断是由安装位置引起的,如因电磁流量计装在管系高点而滞留气体或外界吸入空气造成流量计晃动的话,更换安装位置是最彻底的解决方法,在管线点或采用U型管安装。但很多应用情况是口径较大或者安装的位置不易改换,建议在流量计上游安装集气包和排气阀。
　　电极腐蚀
　　现象:在排除气泡的因素后有因电极腐蚀而造成测量值晃动的情况,且都以传感器失效而告终。成因:由于电极材料的选择不当造成电极为被测液体所腐蚀,从而导致流量计输出晃动。判别方法:由于电极材料不耐腐蚀所造成的故障只有在电极被腐蚀后才会表现出来,之前通常无法判别。解决方法:只有更换新的电极。传统的电极腐蚀故障诊断处理都属于事后维护处理的方法。
　　电极结垢
　　现象:应用于原水和污水等计量环境,电极结垢的发生几率较高。当电极结垢时,表现为信号逐渐减小,直至绝缘而使得信号回路开路,此时流量信号被隔绝。成因:当被测介质的粘度较高时,易在管壁附着和沉淀,若附着的介质是非导电物质,就形成我们日常所说的电极结垢,使电极开路而不能工作。解决方法:建议选用不易附着的尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。
　　外部强电磁场干扰
　　现象:信号失真,输出信号表现非线性或信号晃动。成因:由于流量信号小易受外界干扰影响,而干扰源主要有管道杂散电流、静电、电磁波和磁场等。电磁流量计的设计制造应符合电磁兼容性要求,在规定辐射电磁场环境下能正常工作。但现场应用表明,强磁场干扰会导致磁场回路饱和及外部磁场进入电磁流量计的磁场回路并形成杂散磁场而影响输出的线性度。电场干扰则是由于噪声破坏测量管内电势平衡造成输出信号波动异常。判别方法:当输出信号表现为非线性时,可通过专用的模拟信号仪来判断,如电磁流量计转换器的输出为线性,可判别为外界的磁场干扰影响,反之也有可能是电磁流量计本身的电器故障。对电场干扰,可在先不加激磁电流时用示波器测量两极间的电势,其值应为零,如测得有交流电势,则可判别为漏电流等电场干扰。解决方法:防止磁场干扰,通常只有将电磁流量传感器的安装位置远离强磁场源。强电场干扰的防止,可采取增强屏蔽等措施。如仍无效,则可将电磁流量传感器与连接管道绝缘。

　　一般工业用电磁流量计被测介质流速以2～4m/s为宜，在特殊情况下，流速应不小于0.2m/s，应不大于 8m/s。若介质中含有固体颗粒，常用流速应小于3m/s，防止衬里和电极的过分磨擦；对于粘滞流体，流速可选择大于2m/s，较大的流速有助于自动消除电极上附着的粘滞物的作用，有利于提高测量精度。
　　在量程Q已确定的条件下，即可根据上述流速V的范围决定流量计口径D的大小，其值由下式计算：
　　Q=πD2V/4
　　Q:流量（㎡/h） D:管道内径 V：流速（m/h）
　　电磁流量计的量程Q应大于预计的流量值，而正常的流量值以稍大于流量计满量程刻度的50%为宜。

　　①被测流体成份
　　②流量、最小流量
　　③工作压力
　　④温度、温度
　　智能电磁流量计的量程Q应大于预计的流量值，而正常的流量值以稍大于流量计满量程刻度的50%为宜。

　　30分钟
　　电磁流量计简单说是由流量传感器和变送器组成的。
　　流量传感器是把流过管道内的导电液体的体积流量转换为线性电信号。其转换原理就是的法拉第电磁感应定律，即导体通过磁场，切割电磁线，产生电动势。流量传感器的磁场是通过励磁实现的，分直流励磁、交流励磁和低频方波励磁。大多流量传感器采用低频方波励磁。
　　变送器是由励磁电路、信号滤波放大电路、A/D采样电路、微处理器电路、D/A电路、变送电路等组成。
　　电磁流量计的安装要求是一定要安装在管路的点或者管路的垂直段，但是一定是在满管的情况下，对直管段要求是前5D后3D，这样才能保证电磁流量计的使用和对精度的要求。
　　智能型电磁流量计是老式模拟的电磁流量计的更新换代产品，智能型电磁流量计不仅可以带4~20mA输出，还可以带RS485或者RS232通讯协议，可以直接与计算机联网，便于远程监控和操作。

　　上游直管段>10×DN
　　下游直管段>5×DN
　　DN=传感器公称口径

　　电磁流量计特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。另外我们设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。
　　智能型明渠流量测量系统的组成，最常用的方法一般由一台流量显示仪、一台流速计、一台液位计组成；也可由一台流量显示仪、最多四台流速计、一台液位计组成的多点流速测量的明渠流量系统。 智能明渠流量系统，适用于水库河流水利工程，城市供水、污水处理，农田灌溉等矩形，梯形明渠及涵洞的流量测量。
　　电磁流量计特别设计了带背光宽温的中文液晶显示器，功能齐全实用、显示直观、操作使用方便，可以减少其他电磁流量计英文菜单所带来的不便。另外我们设计4-6多电极结构，进一步保证了测量精度并且任何时候无需接地环，减轻了仪表体积和安装维护的麻烦。
　　智能型明渠流量测量系统的组成，最常用的方法一般由一台流量显示仪、一台流速计、一台液位计组成；也可由一台流量显示仪、最多四台流速计、一台液位计组成的多点流速测量的明渠流量系统。 智能明渠流量系统，适用于水库河流水利工程，城市供水、污水处理，农田灌溉等矩形，梯形明渠及涵洞的流量测量。