電磁流量計
更新時間：2025-01-21 瀏覽次數(shù)：1717
在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，精準(zhǔn)的流量測量對保障生產(chǎn)流程的高效性與穩(wěn)定性極為關(guān)鍵。電磁流量計基于法拉第電磁感應(yīng)定律，有著廣泛的適用性，在石油、化工、冶金、電力以及給排水等眾多行業(yè)中發(fā)揮著核心作用。合理選擇電磁流量計，不僅關(guān)乎測量數(shù)據(jù)的精確性，更直接影響生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量以及設(shè)備的長期可靠運行。接下來，我們將從多個緊密關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵維度，深入探討電磁流量計的選型要點。
一、被測流體特性
（一）電導(dǎo)率
電磁流量計正常工作的首要條件是被測液體具備良好的導(dǎo)電能力。通用型電磁流量計對被測液體的電導(dǎo)率有明確要求，其電導(dǎo)率閾值通常在 10?? ～（5×10??）S/cm 范圍內(nèi)，不過不同廠家和型號的產(chǎn)品，該閾值存在顯著差異。在實際工業(yè)應(yīng)用中，為確保電磁流量計輸出信號穩(wěn)定，避免出現(xiàn)晃動等異常情況，被測液體的電導(dǎo)率應(yīng)比儀表制造廠規(guī)定的閾值至少高出一個數(shù)量級。
例如，工業(yè)用水及其水溶液，由于溶解了多種礦物質(zhì)和鹽類，具有一定的導(dǎo)電能力，基本能滿足電磁流量計的工作要求。各類酸、堿、鹽液在水溶液中會電離出大量自由離子，導(dǎo)電性良好，適合使用電磁流量計進(jìn)行流量測量。然而，石油制品主要由碳?xì)浠衔锝M成，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，幾乎不存在可自由移動的帶電粒子，電導(dǎo)率極低。大部分有機溶劑，如乙醇、丙酮等，因分子結(jié)構(gòu)特性，電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于電磁流量計的工作要求，無法直接用于測量。但對于一些原本電導(dǎo)率較低的純液或水溶液，若在實際工況中混入可增加電導(dǎo)率的雜質(zhì)，如微量金屬離子、鹽類等，經(jīng)嚴(yán)格測試與評估后，這類液體也可能適用于電磁流量計測量流量。
（二）腐蝕性
當(dāng)測量介質(zhì)具有腐蝕性時，電磁流量計電極和襯里材料的選擇至關(guān)重要，這直接關(guān)系到儀表的使用壽命與測量精度的穩(wěn)定性。對于工業(yè)領(lǐng)域常見的用水、原水、下水、污水以及低濃度的稀酸、稀堿等弱腐蝕性介質(zhì)，316L 不銹鋼材質(zhì)的電極是較為理想的選擇。316L 不銹鋼因含有鉬元素，在抵抗一般弱腐蝕性介質(zhì)侵蝕方面表現(xiàn)出色，能有效保障電極正常工作，延長其使用壽命。
當(dāng)涉及海水、鹽水這類富含大量氯離子的介質(zhì)，以及弱酸、弱堿等具有一定腐蝕性的介質(zhì)時，哈氏合金材質(zhì)的電極優(yōu)勢明顯。哈氏合金作為一種鎳基耐腐蝕合金，對氯離子等具有強大的抗腐蝕能力，能在這類介質(zhì)中長期穩(wěn)定工作，確保測量的準(zhǔn)確性。而對于處于沸點狀態(tài)的鹽酸、硝酸、硫酸等強腐蝕性介質(zhì)，鉭材質(zhì)的電極就很合適。鉭具有極其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，能在高溫、強腐蝕環(huán)境下保持良好性能，有效抵御強酸侵蝕，保證電磁流量計的可靠運行。
在襯里材料選擇方面，對于溫度在 -40 ～ 180℃的酸堿等強腐蝕性介質(zhì)，以及對衛(wèi)生要求較高的衛(wèi)生類介質(zhì)，可以使用聚四氟乙烯（PTFE），PTFE材質(zhì)的襯里化學(xué)穩(wěn)定性幾乎不與任何化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，同時具備良好的耐高低溫性能，能滿足這類強腐蝕性和高衛(wèi)生要求介質(zhì)的測量需求。對于溫度在 -5 ～ 80℃的一般水、污水、泥漿、礦漿等介質(zhì)，氯丁橡膠材質(zhì)的襯里憑借其良好的耐磨性、耐水性和一定的耐腐蝕性，能為電磁流量計提供可靠防護(hù)，確保儀表在這類復(fù)雜介質(zhì)環(huán)境中正常工作。
（三）是否含有混入物
氣泡影響：當(dāng)被測流體中含有微小氣泡，呈現(xiàn)成泡狀流時，電磁流量計在一定程度上仍能正常工作。但需注意，此時儀表測得的流量數(shù)據(jù)是包含氣泡體積的混合體積流量。這意味著，若對測量精度要求較高，且需獲取純凈液體的流量數(shù)據(jù)，就必須對測量結(jié)果進(jìn)行必要的修正與處理。一旦氣體含量增加，流體形成彈（塊）狀流，情況將變得復(fù)雜。較大氣泡可能蓋住電極，導(dǎo)致電路瞬間斷開，使電磁流量計的輸出信號劇烈晃動，甚至可能導(dǎo)致儀表無法正常工作，嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程的監(jiān)控與控制。
非鐵磁性顆?；蚶w維：對于含有非鐵磁性顆粒或纖維的固液雙相流體，電磁流量計多數(shù)情況下能較為準(zhǔn)確地測得二相的體積流量。然而，面對固體含量較高的非牛頓流體，如鉆井泥漿、紙漿等，問題隨之而來。這類流體中固體與液體存在明顯速度差別，在電磁流量計測量過程中會產(chǎn)生附加誤差，影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實際應(yīng)用中，針對這類特殊流體，需結(jié)合具體工況，通過實驗或經(jīng)驗公式等方式，對測量結(jié)果進(jìn)行合理修正與補償。
礦石顆粒對襯里的磨損：在處理含有礦石顆粒的礦漿時，除測量精度問題外，還必須高度關(guān)注傳感器襯里的磨損情況。由于礦石顆粒硬度高，在流體流動過程中會不斷與傳感器襯里摩擦，長時間積累將嚴(yán)重?fù)p壞襯里，縮短儀表使用壽命。為解決這一問題，可選用耐磨性好的陶瓷襯里或聚氨酯橡膠襯里。陶瓷襯里的硬度和耐磨性能有效抵抗礦石顆粒磨損；聚氨酯橡膠襯里具有良好彈性和耐磨性，在一定程度上能減輕礦石顆粒對襯里的損傷。從安裝角度考慮，建議將傳感器安裝在垂直管道上，在重力作用下，礦石顆粒能較均勻地分布在流體中，減少對襯里某一部位的集中磨損?；蛘咴谶M(jìn)口端加裝噴嘴形護(hù)套，通過改變流體流速分布和流向，減少礦石顆粒對襯里的直接沖擊，從而延長傳感器的使用期。
二、傳感器參數(shù)
（一）口徑選擇
在新建項目或進(jìn)行設(shè)計時，電磁流量計口徑的正確選擇至關(guān)重要。一般來說，需確保正常工況下流體流速處于 0.3m/s - 10m/s 的合理范圍。更為理想的是，正常流量能處于相關(guān)《口徑、流速、流量的關(guān)系表》中特意標(biāo)記的斜體紅色數(shù)值范圍內(nèi)。這是因為在此范圍內(nèi)，電磁流量計的測量精度能得到保障，同時有利于設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。
在實際工業(yè)現(xiàn)場，可能會遇到各種復(fù)雜情況。例如，當(dāng)現(xiàn)場流速過低時，若條件允許，可通過在傳感器前后加裝變徑管來提高流速。但操作時需特別注意，變徑管的中心錐角 α 不能大于 15°。過大的中心錐角會使流體在變徑管內(nèi)的流速場分布發(fā)生劇烈變化，嚴(yán)重影響電磁流量計的測量精度。此外，變徑管的安裝不可避免地會產(chǎn)生一定壓力損失，在一些對壓力要求嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝中，需進(jìn)行充分評估與考慮。
還需明確，儀表口徑不一定與管道實際管徑相同，應(yīng)根據(jù)實際流量大小合理確定。例如，在一些新建工程中，運行初期流量通常偏低，或在某些流速偏低的管系中，從保證測量精度的角度出發(fā)，儀表口徑可選用小于管徑的規(guī)格，然后通過異徑管連接。這樣既能滿足測量精度要求，又可避免因選用過大口徑儀表導(dǎo)致的成本增加和測量誤差增大等問題。
（二）電極形式
在電磁流量計的眾多參數(shù)中，電極形式的選擇同樣不容忽視。一般情況下，當(dāng)測量介質(zhì)不具有結(jié)晶特性，且不會對電極造成沾污時，標(biāo)準(zhǔn)電極是最為常用的選擇。標(biāo)準(zhǔn)電極結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、安裝維護(hù)方便，能滿足大多數(shù)常規(guī)介質(zhì)的測量需求。
然而，當(dāng)測量介質(zhì)具有容易附著和沉淀物質(zhì)的特性時，就需選用特殊形式的電極，以防止電極受到污染，影響測量精度。例如，尖形或半球形突出電極，其特殊形狀設(shè)計能有效減少物質(zhì)在電極表面的附著與沉淀；可更換式電極則為后期維護(hù)與保養(yǎng)提供了極大便利，當(dāng)電極出現(xiàn)污染或損壞時，可直接進(jìn)行更換，無需對整個儀表進(jìn)行大規(guī)模拆卸與維修；刮刀式清垢電極通過在電極表面安裝刮刀裝置，能在儀表運行過程中實時清除附著在電極表面的污垢，確保電極始終處于良好工作狀態(tài)。
（三）防護(hù)等級
依據(jù)國標(biāo) GB 4208—2017 與國際電工委員會 IEC 標(biāo)準(zhǔn)，電磁流量計的防護(hù)等級一般選擇 IP6X 系列。在復(fù)雜多變的工業(yè)環(huán)境中，IP67 和 IP68 這兩個防護(hù)等級的產(chǎn)品較為常用。其中，IP67 等級中的數(shù)字 7 代表該儀表在深達(dá) 1m 的水中能有效防止 30min 的浸泡影響，確保儀表內(nèi)部電子元件不受水的侵蝕；IP68 等級中的數(shù)字 8 表示儀表在深度超過 1m 的水中能有效防止持續(xù)浸泡影響，防護(hù)性能更好。
這兩個防護(hù)等級的產(chǎn)品在工業(yè)中廣泛應(yīng)用，是因為工業(yè)現(xiàn)場存在各種不定因素，如潮濕環(huán)境、突發(fā)水淹情況等。選擇合適防護(hù)等級的電磁流量計，能使其在惡劣環(huán)境條件下仍保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，有效避免因環(huán)境因素導(dǎo)致的儀表故障，保障生產(chǎn)過程的連續(xù)性與穩(wěn)定性。
三、儀表類型
（一）一體型與分體型
一體型特點與適用場景：在現(xiàn)場環(huán)境條件良好，如溫度、濕度適宜，不存在強電磁干擾、腐蝕性氣體等不利因素的情況下，一般優(yōu)先選用一體型電磁流量計。一體型電磁流量計將傳感器和轉(zhuǎn)換器緊密組裝成一個整體，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，安裝過程相對簡單便捷，能有效節(jié)省安裝時間與成本。在一些對空間要求較高、安裝位置較為狹窄的場所，一體型電磁流量計的這一優(yōu)勢尤為顯著。
分體型特點與適用場景：分體型電磁流量計適用于傳感器和轉(zhuǎn)換器需分開安裝于不同地點的特殊情況。在冶金行業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場往往存在高溫、強電磁干擾等惡劣環(huán)境，傳感器需安裝在靠近測量管道的位置，而轉(zhuǎn)換器則需安裝在遠(yuǎn)離干擾源、環(huán)境相對較好的控制室中；在造紙行業(yè)，生產(chǎn)車間內(nèi)存在大量水汽、紙漿纖維等污染物，為保證轉(zhuǎn)換器的正常工作，通常會將其與傳感器分離安裝。在污水處理行業(yè)，污水管道分布廣泛，部分管道位于地下或環(huán)境惡劣的區(qū)域，為便于維護(hù)與管理，也常采用分體型電磁流量計。此外，在一些大型工業(yè)項目中，大口徑法蘭連接式的分體型電磁流量計能更好地滿足測量需求，確保測量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。
而在生物醫(yī)藥、化工等工業(yè)領(lǐng)域，由于生產(chǎn)過程對流體測量精度要求較高，且管道口徑相對較小，小口徑、一體型夾裝連接方式的電磁流量計使用較為普遍。這種連接方式不僅安裝方便，還能有效減少流體在管道連接處的泄漏風(fēng)險，滿足生物醫(yī)藥、化工等行業(yè)對生產(chǎn)過程的嚴(yán)格要求。
（二）防爆型
在一些存在爆炸危險的場所，如石油化工企業(yè)的生產(chǎn)車間、油庫、天然氣輸送管道等區(qū)域，為確保生產(chǎn)過程安全，必須選用防爆型分體式電磁流量計。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，電磁流量計的激磁電流功率逐漸下降，安全火花型的電磁流量計在防爆場合的應(yīng)用越來越廣泛。
安全火花型電磁流量計主要由流量的傳感部分和轉(zhuǎn)換部分組成，其工作原理是通過限制電路中的能量，使正常工作或發(fā)生故障時產(chǎn)生的電火花能量不足以點燃周圍的爆炸性氣體混合物，從而達(dá)到防爆目的。這類電磁流量計在危險區(qū)域內(nèi)能夠可靠運行，為保障安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。
四、精度與功能
（一）精度等級
當(dāng)前市場上，電磁流量計的精度等級差異較大。精度較高的儀表，其基本誤差通常能控制在（±0.5% ～ ±1%）R 的范圍內(nèi)，這類儀表在對測量精度有一定要求的場合，如科研實驗、制造業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而精度相對較低的儀表，其基本誤差在（±1.5% ～ ±2.5%）FS 之間，這類產(chǎn)品一般適用于對測量精度要求不是特別嚴(yán)格的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如一些普通的給排水系統(tǒng)、一般性的物料輸送過程等。
需注意的是，這兩類精度等級不同的儀表，價格往往相差 1 - 2 倍。此外，還有一些型號的儀表聲稱具有更高精度，其基本誤差僅在（±0.2% ～ ±0.3%）R 之間。然而，這類高精度儀表通常對安裝要求和參比條件極為嚴(yán)格。例如，對環(huán)境溫度的要求可能精確到 ±1℃，對前后置直管段長度的要求可能達(dá)到管徑的數(shù)十倍。在實際選型過程中，用戶不能僅依據(jù)精度指標(biāo)這一單一因素做出決策，而應(yīng)詳細(xì)閱讀產(chǎn)品樣本或說明書，對儀表的各項性能參數(shù)、安裝要求、使用條件等進(jìn)行全面、綜合的分析，根據(jù)自身實際的測量精度要求，選擇最為合適的精度等級。避免在一些對測量精度要求不高的地方，盲目選用高精度儀器，造成不必要的成本浪費。
（二）功能
電磁流量計的功能豐富多樣，能滿足不同用戶在不同應(yīng)用場景下的多樣化需求。最為簡單的電磁流量計僅具備測量單向流量的基本功能，并能輸出模擬信號，這類儀表結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，適用于一些對測量功能要求不高、測量工況較為單一的場合。
而多功能儀表則集成了眾多先進(jìn)功能。例如，具備測雙向流功能的儀表，能同時測量正向和反向的流體流量，這在一些存在流體雙向流動的管道系統(tǒng)中具有重要應(yīng)用價值；量程切換功能可根據(jù)實際流量變化，自動或手動切換測量量程，確保儀表在不同流量工況下都能保持較高測量精度；上下限流量報警功能能在流量超出預(yù)設(shè)的上限或下限值時，及時發(fā)出警報信號，提醒操作人員采取相應(yīng)措施，保障生產(chǎn)過程的安全與穩(wěn)定；空管和電源切斷報警功能能有效監(jiān)測管道內(nèi)是否存在流體以及電源是否正常，避免因空管運行或電源故障而導(dǎo)致的測量誤差或設(shè)備損壞。
此外，多功能儀表還具備小信號切除功能，能有效去除因干擾等因素產(chǎn)生的微小無效信號，提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；流量顯示和總量計算功能可直觀顯示實時流量數(shù)據(jù)，并對一段時間內(nèi)的流量總量進(jìn)行精確計算；自動核對和故障自診斷功能能定期對儀表的運行狀態(tài)進(jìn)行自我檢測，一旦發(fā)現(xiàn)故障，能迅速定位并給出相應(yīng)的故障提示，大大提高了設(shè)備的維護(hù)效率；與上位機通信和運動組態(tài)功能使電磁流量計能與整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行無縫集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸與遠(yuǎn)程監(jiān)控，為生產(chǎn)過程的自動化控制提供了有力支持。
一些型號的儀表還具備串行數(shù)字通信功能，能選擇多種通信接口，如 HART 協(xié)議系統(tǒng)，該協(xié)議采用頻移鍵控技術(shù)，在 4 - 20mA 模擬信號上疊加數(shù)字信號，實現(xiàn)了模擬和數(shù)字信號的同時傳輸；PROFTBUS 是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，具有高速、可靠、開放性好等優(yōu)點；Modbus 協(xié)議是一種應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用；FF 現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字化、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，能實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備之間的高速、可靠通信。在選型時，用戶需根據(jù)實際生產(chǎn)過程中的監(jiān)控和控制需求，仔細(xì)評估所需功能，選擇具備相應(yīng)功能的電磁流量計，以實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效益。
五、其他考慮因素
（一）電源選擇
電磁流量計的正常運行離不開穩(wěn)定的電源供應(yīng)。在實際應(yīng)用中，常見的電源類型有 220 VAC（交流電源）和 24 VDC（直流電源）。220 VAC 電源在工業(yè)和民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其優(yōu)點在于供電電壓較高，能為電磁流量計提供相對較大的功率，適用于一些對信號傳輸距離要求較遠(yuǎn)、儀表功能較為復(fù)雜的場合。而 24 VDC 電源則具有安全性高、抗干擾能力強等優(yōu)點，尤其適用于一些對電源穩(wěn)定性要求較高、現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜的場所，如存在強電磁干擾的工業(yè)現(xiàn)場。
在進(jìn)行電源選擇時，用戶需充分考慮現(xiàn)場的供電情況。如果現(xiàn)場已具備穩(wěn)定的 220 VAC 電源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，且不存在特殊的電磁干擾等問題，那么選擇 220 VAC 電源的電磁流量計能有效降低電源轉(zhuǎn)換成本，提高設(shè)備的兼容性。反之，如果現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜，對電源安全性要求較高，或者已經(jīng)存在 24 VDC 電源供應(yīng)系統(tǒng)，那么選擇 24 VDC 電源的電磁流量計則更為合適。此外，還需考慮電源的穩(wěn)定性和可靠性，確保在各種工況下，電磁流量計都能獲得穩(wěn)定、持續(xù)的電源供應(yīng)，以保障其正常運行和測量精度。
（二）接地環(huán)
接地環(huán)在電磁流量計的測量過程中起著至關(guān)重要的作用，不同類型的接地環(huán)適用于不同的應(yīng)用場景。普通接地環(huán)是最為常見的一種，它適用于大多數(shù)常規(guī)測量環(huán)境，能夠為電磁流量計提供基本的接地保護(hù)，確保測量過程的穩(wěn)定性。然而，在一些特殊工況下，普通接地環(huán)可能無法滿足需求。例如，當(dāng)測量具有腐蝕性的介質(zhì)時，保護(hù)接地環(huán)就顯得尤為重要。保護(hù)接地環(huán)能夠有效地保護(hù) PTFE 翻邊不受損傷，防止腐蝕性介質(zhì)對儀表的關(guān)鍵部件造成侵蝕，從而延長儀表的使用壽命。對于一些含有磨損性介質(zhì)的測量場景，帶頸接地環(huán)則是更好的選擇。帶頸接地環(huán)能夠保護(hù)端部襯里，減少磨損性介質(zhì)對襯里的沖擊和磨損，進(jìn)而提高傳感器的耐用性，延長其使用期。
接地環(huán)的材質(zhì)選擇也十分關(guān)鍵。常見的接地環(huán)材質(zhì)有不銹鋼、哈氏合金、鉭等。不同的材質(zhì)具有不同的耐腐蝕性和導(dǎo)電性，應(yīng)根據(jù)測量介質(zhì)的特性進(jìn)行合理選擇。例如，在測量一般的工業(yè)用水和弱腐蝕性介質(zhì)時，不銹鋼材質(zhì)的接地環(huán)通常能夠滿足要求；當(dāng)測量具有較強腐蝕性的介質(zhì)時，哈氏合金或鉭材質(zhì)的接地環(huán)可能更為合適，以確保接地環(huán)在惡劣環(huán)境下仍能保持良好的性能，保障電磁流量計的正常測量。在實際選型過程中，需綜合考慮測量介質(zhì)的性質(zhì)、儀表的安裝環(huán)境以及成本等多方面因素，選擇最為合適的接地環(huán)。
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