鼎誠(chéng)儀表插入式電磁流量計(jì)的原理特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量管道中導(dǎo)電介質(zhì)的流量，在工業(yè)檢測(cè)中占有十分重要的地位，在城市用水、工業(yè)廢水、漿液測(cè)量及食品等多方面得到廣泛應(yīng)用。但是高精度的電磁流量計(jì)價(jià)格昂貴，特別是大管徑（DN250以上）的，不僅加工困難，而且給運(yùn)輸、安裝、維修帶來(lái)很多不便。因此在大管徑管道的流量測(cè)量方面用插入式電磁流量計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管道式電磁流量計(jì)是很有必要的。

一、插入式電磁流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)

    插入式電磁流量計(jì)的工作原理是同樣是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。按照該定律，當(dāng)導(dǎo)電流體流過(guò)電磁流量計(jì)磁場(chǎng)時(shí)，在與流速和磁場(chǎng)兩者相垂直的方向就會(huì)產(chǎn)生與平均流速成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由電磁流量計(jì)傳感器探頭上的一對(duì)電極檢測(cè)到，其值為：

      E=KBDV（1），式中：E 為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位V；B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位T；D 為指兩電極之間的距離，單位m；V 為平均流速，m/s；K 為與磁場(chǎng)分布及軸向長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E 不受流體的溫度、壓力、密度、電導(dǎo)率（高于某閾值）變化的影響，具有很大的優(yōu)越性。相對(duì)管道式電磁流量計(jì)來(lái)說(shuō)，插入式電磁流量計(jì)有如下特點(diǎn)：

1. 傳感器（探頭）直接插入被測(cè)管道，具有體積小、安裝方便、投資少等優(yōu)點(diǎn)。
2. 傳感器插入深度僅為管道直徑的10% ~12.5%，無(wú)壓損，特別適用于大口徑管道中的流量測(cè)量，有優(yōu)越的性能價(jià)格比。
3. 精度較低，一般為±1% ~2%。但是采取一定的措施后，完全有可能提高精度，從而降低成本，替代管道式。
4. 帶球閥結(jié)構(gòu)的插入式電磁流量計(jì)，可以在不停機(jī)情況下進(jìn)行拆卸，因此維修時(shí)十分方便。

二、插入式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      現(xiàn)在某些插入式電磁流量計(jì)，雖然也是將線(xiàn)圈和電極都納入一個(gè)探頭中，但是探頭體積較大，以至于兩個(gè)探頭就可產(chǎn)生布滿(mǎn)整個(gè)管道的磁場(chǎng)，（一般插入式電磁流量計(jì)往往只在電極周?chē)a(chǎn)生一個(gè)局部磁場(chǎng)）。因此對(duì)于特大管徑的電磁流量計(jì)來(lái)說(shuō)，此種插入式和傳統(tǒng)的管道式在成本和加工難易程度方面都改善不了多少，實(shí)際上這種插入式結(jié)構(gòu)不適合特大口徑的電磁流量計(jì)。因此我們將設(shè)計(jì)定位在一般性的（探頭體積較?。⒛軌驊?yīng)用于特大口徑的插入式結(jié)構(gòu)。

    與管道式電磁流量計(jì)相比，插入式所產(chǎn)生磁場(chǎng)的線(xiàn)圈要小得多，插入式的難點(diǎn)之一在于探頭內(nèi)部的線(xiàn)圈怎樣才能在電極周?chē)a(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。

    為達(dá)此目的，采取了以下措施：（1）將線(xiàn)圈設(shè)計(jì)成扁平型，使得線(xiàn)圈形狀與工作區(qū)形狀達(dá)到最大程度的吻合，同時(shí)可以減少探頭的用材和重量。（2）線(xiàn)圈內(nèi)放置鐵芯，線(xiàn)圈外圍和頂上（非電極工作面一端）加上磁軛（緊貼線(xiàn)圈）來(lái)增強(qiáng)磁場(chǎng)。（3）在保證強(qiáng)度的情況下，探頭殼體的壁面盡量做薄，使得電線(xiàn)極工作面盡可能地和線(xiàn)圈接近。

    用簡(jiǎn)化的圓柱型模來(lái)替代設(shè)計(jì)的扁平型進(jìn)行磁場(chǎng)仿真，在兩電極連線(xiàn)上的磁場(chǎng)不管是強(qiáng)度還是均勻度都比一般的螺線(xiàn)管要好很多。而實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明扁平型結(jié)構(gòu)電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)大約為圓柱型的2倍，而且在工作區(qū)域也有一定的均勻度。

    插入式電磁流量計(jì)的難點(diǎn)之二在于插入式的探頭對(duì)管道中的流場(chǎng)有一定的影響，探頭背部可能會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，從而影響測(cè)量的重復(fù)性。

三、二次儀表軟硬件

    為了簡(jiǎn)化軟件和保證檢測(cè)電路的快速響應(yīng)，我們的電磁流量計(jì)前端信號(hào)處理部分采用硬件電路的模擬處理方法。與管道式相比，插入式的由于信號(hào)更加微弱，所以電路放大倍數(shù)要求更大，抗干擾能力要求更高，應(yīng)該采用共模抑制比性能更好的運(yùn)放。在前置放大級(jí)上，采用零點(diǎn)隔離法，通過(guò)電容耦合來(lái)隔離零點(diǎn)漂移干擾。采用反饋，做到零點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)。該電路采用MSP430芯片作為微控制器，為低功耗的實(shí)現(xiàn)提供可能。

    電磁流量計(jì)具有線(xiàn)性好、穩(wěn)定、可靠、死區(qū)小、無(wú)活動(dòng)部分的優(yōu)點(diǎn)， 可用于所有的導(dǎo)電液體的流量測(cè)量。但管道式電磁流量計(jì)在大口徑時(shí)，體積大而笨重、價(jià)格高。插入式電磁流量計(jì)正是彌補(bǔ)了這一缺陷，在污水、漿水、飲料、化工領(lǐng)域的流體測(cè)量中有著廣闊的應(yīng)用前景。金湖鼎誠(chéng)儀表有限公司系列電磁流量計(jì)品種齊全，除以上常規(guī)型產(chǎn)品之外還有防腐型電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、衛(wèi)生型電磁流量計(jì)等等，該系列產(chǎn)品性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，堪稱(chēng)物美價(jià)廉。