1、電磁流量計(jì)的原理
1.1 電磁流量計(jì)的工作原理
電磁流量計(jì)通常是由非導(dǎo)磁和內(nèi)壁表面不導(dǎo)電的測(cè)量管、串聯(lián)（或并聯(lián)）的勵(lì)磁線圈與zui少兩個(gè)電極組成，電極與流體直接接觸。
通電的線圈產(chǎn)生一個(gè)磁場強(qiáng)度為b并垂直于管道軸線的磁場，這個(gè)磁場通過不導(dǎo)磁的測(cè)量管傳至測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)的導(dǎo)電介質(zhì)，根據(jù)法第電磁感應(yīng)定律（導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體的兩端要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)），在導(dǎo)體（被測(cè)量的介質(zhì)）兩端（即安裝在管內(nèi)壁的兩個(gè)電極）產(chǎn)生一個(gè)與流速“v”成正比的感應(yīng)電壓“u”。如圖1 所示：
u = k*b*d*v
u = 與流速成正比的感應(yīng)電壓信號(hào)
k = 傳感器的修正系數(shù)(無量綱的常數(shù))
b = 磁感應(yīng)強(qiáng)度
d = 電極間距（管道的直徑）
v = 導(dǎo)電介質(zhì)的流速
這個(gè)感應(yīng)電壓“u”通過兩個(gè)電極來檢測(cè)，
并通過電極引線將感應(yīng)電壓信號(hào)“u”傳送至轉(zhuǎn)
換器的信號(hào)處理單元，將信號(hào)進(jìn)行放大、整形、
濾波，然后送入微處理器，由計(jì)算機(jī)來進(jìn)行信號(hào)
的轉(zhuǎn)換處理，zui后轉(zhuǎn)換成所需要的流量、流速顯示，并具備不同的信號(hào)輸出7功能。
對(duì)于均勻的電磁場和點(diǎn)電極的理論模型，只要流體特性是對(duì)稱的，所測(cè)得的電壓與流體特性是無關(guān)的。因此，測(cè)量不受流體的密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響，對(duì)帶有微小顆粒及漿液的測(cè)量有*的適應(yīng)性，而且測(cè)量范圍非常寬。
1.2 電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)
電磁流量計(jì)主要由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成，按兩者之間的連接方式可分為一體型和分體型。傳感器常稱為一次部分，轉(zhuǎn)換器稱為二次部分，因而，可滿足不同的按裝位置的要求。
1.2.1 電磁流量傳感器
電磁流量傳感器由法蘭、導(dǎo)管、襯里、電極、勵(lì)磁線圈、磁軛等組成。
法蘭通常是普通鋼料加材工而成，必要時(shí)也可以選用不銹鋼，一般參照公制尺寸加工。
導(dǎo)管必須使用非導(dǎo)磁材料（通常使用不銹鋼），否則將影響磁場的磁路分布，從而影響測(cè)量的精度和零點(diǎn)的穩(wěn)定性，因此在導(dǎo)管的選擇時(shí)非常重要。
襯里是內(nèi)覆在導(dǎo)管的內(nèi)壁的絕緣材料，正確的襯里材質(zhì)選擇可提供很好的防腐和耐磨保護(hù)。襯里通常包括ptfe、軟橡膠、硬橡較、聚氨酯及陶瓷。另一種新型襯里材料酚醛清漆正在電磁業(yè)界逐步被人了解，它是一種環(huán)氧樹脂漆，非常光滑，具有很強(qiáng)的耐腐蝕和耐磨特性。
電極直接與介質(zhì)接觸，感應(yīng)電壓信號(hào)通過電極輸出到轉(zhuǎn)換器的信號(hào)處理單元。電極的材料有：不銹鋼、哈氏金（哈氏b 、哈氏c）、鉭、鈦、鉑等。常用的為不銹鋼和哈氏金。電極材料的選擇不僅要考慮化學(xué)性能，還要考慮具有良好的導(dǎo)電性。
勵(lì)磁線圈用來產(chǎn)生恒定的磁場，直接安裝在導(dǎo)管上，并與電極的軸線垂直，磁場的分布將影響電磁流量計(jì)的線性和重復(fù)性。勵(lì)磁線圈通常被全封閉的殼體所保護(hù)，殼體通常采用全焊接結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)對(duì)環(huán)境溫度和濕度的適應(yīng)性。此外，電極面積的大小也重要 。
磁軛是為電磁反饋而設(shè)計(jì)的，其作用是使磁力線能均勻地分布到電極軸線的垂直面上，以便提高傳感器的測(cè)量精度和測(cè)量穩(wěn)定性（即保證很好的重復(fù)性）。
1.2.2電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器（簡稱轉(zhuǎn)換器）
傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)或測(cè)得的電壓，其數(shù)量級(jí)取決于流速的大小，通常為從μv到mv,轉(zhuǎn)換器的任務(wù)將測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行濾波、整形、放大，zui后提取真正反映流速大小的電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)通過a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以直接進(jìn)行處理的的數(shù)字信號(hào)。例如，emag轉(zhuǎn)換器將反映流速大小的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，輸入到微處理器中，由轉(zhuǎn)換器的微處理器進(jìn)行信號(hào)處理，將測(cè)得的電壓信號(hào)按一定比例變換成相應(yīng)的流量信號(hào)，在轉(zhuǎn)換器的顯示器中顯示出來，同時(shí)微處理器可以進(jìn)行積算，計(jì)算出雙向流量、凈累計(jì)流量，同時(shí)實(shí)時(shí)輸出所需要的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（累計(jì)量和實(shí)時(shí)量輸出），如4－20ma 輸出，頻率\脈沖輸出，以及各種信號(hào)報(bào)警輸出。還可以通過相應(yīng)的數(shù)字接口（如rs-485、hart 通訊及現(xiàn)場總線）傳送數(shù)字信號(hào)，直接用于過程控制系統(tǒng)當(dāng)中。
轉(zhuǎn)換器的另一功能是為勵(lì)磁線圈提供一個(gè)恒定的電流，在過去的脈沖交流勵(lì)磁的電磁流量計(jì)中，傳感器的勵(lì)磁電流和磁通密度通常由參考線圈來監(jiān)控?，F(xiàn)在的電磁流量計(jì)通常采用直流脈沖方波勵(lì)磁，以保證電磁流量計(jì)的低功耗設(shè)計(jì)，其頻率通常為1/10 、1／20、1／40工頻，有些電磁流量計(jì)采用的是1／8、1／16、1／32工頻。在某些特殊場合，有時(shí)需要采用高頻勵(lì)磁、雙頻勵(lì)磁來解決漿液測(cè)量的穩(wěn)定性。高頻勵(lì)磁、雙頻勵(lì)磁在漿液測(cè)量中，逐步得到應(yīng)用。
1.2、電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
―― 電磁流量計(jì)沒有節(jié)流部件，因而沒有壓力損失。
―― 可以測(cè)量含有微小顆粒的介質(zhì)，沒有阻塞的危險(xiǎn)，例如一般污水。
―― 電磁流量計(jì)的通徑與管道的通徑*相同。
―― 無起始流量的限制，可以測(cè)量接近于零的小流量，并且在0.25m/s 流速以上具有很高的線性度，量程范圍比很寬。
―― 電磁流量計(jì)幾乎與介質(zhì)的粘度和密度無關(guān)。
―― 可以雙向測(cè)量，在保證直管段的前提下具有相同的測(cè)量精度。
―― 電磁流量計(jì)的口徑可以做得很大，也可以做得很小，如dn3、dn3000、dn3800。
1.3、電磁流量計(jì)的缺點(diǎn)
―― 電磁流量計(jì)不能測(cè)量蒸汽、氣體。
―― 電磁流量計(jì)所測(cè)量的介質(zhì)受zui小電導(dǎo)率的限制。對(duì)于易釋放很高靜電的的介質(zhì)（如軟化水）測(cè)量精度將受影響。
―― 對(duì)于多相介質(zhì)及含高濃度顆粒介質(zhì)的測(cè)量，如紙漿、礦漿、污染嚴(yán)重的廢水等，使用普通的直流方波勵(lì)磁難以滿足測(cè)量的要求，通常需要特殊訂貨。
――含有磁性礦物質(zhì)的礦漿，將產(chǎn)生磁感應(yīng)現(xiàn)象，并影響電磁場在測(cè)量管內(nèi)的分布，通常會(huì)使測(cè)量值偏高。
2、電磁流量計(jì)的應(yīng)用
國內(nèi)的電磁流量計(jì)工業(yè)應(yīng)用從60年代開始，隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，電磁流量計(jì)已廣泛應(yīng)用于化工、電力、冶金、醫(yī)藥、食品、自來水廠、污水處理、集中供暖、造紙等行業(yè)。
3、電磁流量計(jì)的故障分析
3.1 電磁流量計(jì)的故障原因
電磁流量計(jì)在現(xiàn)場使用中可能出現(xiàn)各種各樣、形形色色的故障，這些故障歸納起來為兩個(gè)方面的原因，其一為電磁流量計(jì)及關(guān)聯(lián)設(shè)備不正常引起的，主要包括轉(zhuǎn)換器的原因和傳感器的原因，這類原因引起的故障一般比較容易解決；其二為非電磁流量計(jì)引起的原因，主要包括參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、安裝的不合理、介質(zhì)特性引起的、等電勢(shì)接地不可靠、外界電磁波干擾、管路雜散電流干擾等，這類原因可謂撲溯迷離、形形色色。對(duì)于諸如此類的故障，除了要熟悉該儀表性能以外，還要求維修工程師具有廣博的知識(shí)和豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理分析，更需要使用單位和制造廠密切配合，多方試驗(yàn)。有些時(shí)候受限于條件，可能要數(shù)月或數(shù)年才能真正找到原因。電磁流量計(jì)的故障因其產(chǎn)生原因不同而不同，主要表現(xiàn)有：
（1） 零點(diǎn)不穩(wěn)
（2） 輸出晃動(dòng)
（3） 流量測(cè)量與應(yīng)用參比值不相符（測(cè)量值與用戶的工藝參數(shù)不相符）
（4） 無流量信號(hào)輸出
（5） 輸出信號(hào)超過滿度值
3.2 電磁流量計(jì)的故障檢查程序
通常故障的檢查程序如圖2所示，從顯示儀表工作是否正常開始，逆流量信號(hào)傳送的方向進(jìn)行。常規(guī)的檢查一般先用模擬信號(hào)器測(cè)式轉(zhuǎn)換器，以判斷故障發(fā)生在轉(zhuǎn)換器及其后續(xù)儀器還是在連接電纜和傳感器發(fā)生的。若是轉(zhuǎn)換器的故障，由于現(xiàn)在的轉(zhuǎn)換器大部分都有互換性，就可方便地試調(diào)換轉(zhuǎn)換器部件甚至轉(zhuǎn)換器整機(jī)；若是傳感器的故障需要試調(diào)換時(shí)必須停止管道系統(tǒng)運(yùn)行，涉及的面廣往往不容易辦到。特別是大口徑的電磁流量計(jì)。
3.3 電磁流量計(jì)的故障檢查流程
電磁流量計(jì)的故障檢查流程圖如圖3 所示，大體分三步：(1)向用戶詢問該儀表的過
去的工作情況及故障情況，查看記錄曲線；（2）到現(xiàn)場初步檢查儀表本身是否發(fā)生故障及安裝位置情況；（3）檢查管網(wǎng)系統(tǒng)及周邊的作業(yè)情況。
3.3.1 檢查轉(zhuǎn)換器
首先要檢查給轉(zhuǎn)換器供電的電源電壓是否和轉(zhuǎn)換器的標(biāo)稱電壓一致，并且確認(rèn)電源已經(jīng)供給，檢查保險(xiǎn)絲是否完好，確認(rèn)轉(zhuǎn)換器的電路板是否有燒壞的跡象。注意排查，并糾正。若是轉(zhuǎn)換器的故障，由于現(xiàn)在的轉(zhuǎn)換器大部分都有互換性（出廠時(shí)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源統(tǒng)一標(biāo)定），就可方便地試調(diào)換轉(zhuǎn)換器部件甚至轉(zhuǎn)換器整機(jī)；然后在檢查儀表設(shè)定的參數(shù)是否被更改，或和顯示儀表（上位機(jī)）一致。因儀表參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或用戶不小心把出廠參數(shù)更改后導(dǎo)致儀表不能正確測(cè)量的事件經(jīng)常發(fā)生。
3.3.2 檢查傳感器
到現(xiàn)場的第二步是要檢查傳感器本身是否發(fā)生故障，然后在對(duì)其它相關(guān)情況作分析，判斷傳感器是否故障的三個(gè)要點(diǎn)：（1）空管時(shí)，傳感器的電極及引線對(duì)地的絕緣電阻應(yīng)為無窮大；（2）傳感器的勵(lì)磁線圈對(duì)地的絕緣電阻應(yīng)為無窮大，且線圈電阻應(yīng)符合設(shè)計(jì)參數(shù)（與出廠值一致 ）；（3）滿管時(shí)，電極及引線對(duì)地的電阻數(shù)量級(jí)應(yīng)為幾十千歐――幾百千歐，電阻過大說明結(jié)垢或斷線，電阻過小說明測(cè)量管沉積導(dǎo)電層。無論是結(jié)垢或是沉積導(dǎo)電層，都將影響測(cè)量值顯示的穩(wěn)定性，因此必須作相應(yīng)的處理。必要時(shí)要對(duì)傳感器的襯里的好壞作相應(yīng)的判斷。在傳感器的上游是否有影響流速分布的堆積物等。
3.3.3 檢查接線系統(tǒng)
檢查用戶使用的導(dǎo)線型號(hào)是否說明書要求的型號(hào)一致，電磁流量計(jì)的等電勢(shì)接地是否牢固，若是分體型的電磁流量計(jì)，特別要注意勵(lì)磁線及信號(hào)線的連接是否牢固，接線是否正確，有的用戶在接線時(shí)用勁太大，導(dǎo)致接線端子根部折斷，接觸時(shí)斷時(shí)續(xù)。有的用戶對(duì)接地的概念不理解，屏蔽線不接地，或采用多點(diǎn)接地，造成測(cè)量值顯示不穩(wěn)定。
3.3.4 檢查安裝情況
電磁流量計(jì)在國內(nèi)過程控制中使用的時(shí)間已經(jīng)很長了，但在現(xiàn)場，經(jīng)常能看到安裝不合理的情況，如安裝在管道的高處，不能滿管運(yùn)行，直管段不夠，離泵太近等情況。這些都是造成儀表不能準(zhǔn)確測(cè)量的重要而又不可忽略的因素。但是有些用戶或設(shè)計(jì)員對(duì)此認(rèn)識(shí)不夠。對(duì)于測(cè)量值顯示不穩(wěn)定的情況，還要考慮雜散電流干擾的影響。
3.3.5檢查歧管的流入、流出
用戶經(jīng)常會(huì)反映測(cè)量不準(zhǔn)的情況，除了要做以上的各項(xiàng)檢查外，還要考慮歧管的流入、流出是否納入測(cè)量值的平衡計(jì)算。這一點(diǎn)用戶經(jīng)常會(huì)有想當(dāng)然的思想，作為一個(gè)高水平的技術(shù)服務(wù)工程師一定要眾觀全局。