特殊結(jié)構(gòu)電磁流量計(jì)

1.潛水型電磁流量計(jì)

潛水型電磁流量計(jì)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的用來連續(xù)測(cè)量明渠、暗渠、河道或非滿管中導(dǎo)電液體體積流量的流量儀表。其測(cè)量原理與一般電磁流量計(jì)相同，只是傳感器制成整體密封型防水結(jié)構(gòu)，可長期置于水下工作，以適應(yīng)明渠、暗渠、河道等開口流道及大管徑非滿管的流量測(cè)量。其傳感器結(jié)構(gòu)原理如圖7-13所示。

主體材料一般選用耐腐、耐溫的硬聚氯乙烯，電極一般采用耐酸剛1Cr18Ni9Ti或其他特殊材料。

由于潛水型電磁流量計(jì)具有適用于圓形、矩形和任意形狀的明渠、暗溝或河道的流量測(cè)量；對(duì)上下游直渠段要求低；采用低頻三值矩形波勵(lì)磁技術(shù)而零點(diǎn)穩(wěn)定，工作可靠等特點(diǎn)，潛水型電磁流量計(jì)非常適合于明渠或暗渠中污水排放(污水流量計(jì))的流量測(cè)量。

2.非滿管電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)從20世紀(jì)50年代商品化以來一直用于測(cè)量滿管流量，直到90年代初期，F(xiàn)ischer&Forter*先研制出了非滿管電磁流量計(jì)。這種儀表由兩部分組成，一是安裝在管道上的傳感器，二是由微處理器控制的轉(zhuǎn)換器，即可就地指示，又可遠(yuǎn)傳顯示和控制。從外觀上看，它與普通電磁流量計(jì)并沒有什么不同，同樣具有無可動(dòng)部件、無阻流件、壓損極小、線性輸出和范圍度寬等優(yōu)點(diǎn)。

與普通電磁流量計(jì)只有在直徑方向一對(duì)檢測(cè)電極不同，非滿管電磁流量計(jì)的流量傳感器的測(cè)量管中央同一圓周上，水平軸及其下半圓周分別安裝有3對(duì)電極E1、E2和E3，如圖7-14所示。

上下兩勵(lì)磁線圈可以分別接成串勵(lì)如圖7-14a和反勵(lì)如圖7-14b兩種模式。

設(shè)電極E1裝在管道中間直徑位置，E2在20%直徑高度位置，E3在10%直徑高度位置。現(xiàn)在只考慮電極E1和E2的作用原理，電極E3和E2一樣。

當(dāng)傳感器工作在串勵(lì)模式時(shí)，磁場(chǎng)如圖7-14a所示，和普通電磁流量計(jì)一樣，電極上得到的電動(dòng)勢(shì)e與管內(nèi)流速成正比。如果設(shè)滿管流時(shí)，電極E1和E2上得到的電動(dòng)勢(shì)e1和e2都標(biāo)準(zhǔn)化為“1”，則當(dāng)管內(nèi)介質(zhì)液面下降時(shí)，電動(dòng)勢(shì)信號(hào)e1和e2相對(duì)于同等流量就要增加，如圖7-15所示。當(dāng)液面下降到50%高度時(shí)，電極E1上的信號(hào)將增加到“2”。液面低于50%高度時(shí)，電極E1將因測(cè)不到電信號(hào)而失去作用。同理，電極E2和E3上的信號(hào)也隨管內(nèi)液面高度而變化，但電極E2*低可測(cè)20%液面高度，電極E3*低可測(cè)10%液面高度。

可見，串勵(lì)磁模式時(shí)，傳感器所提供的信號(hào)包含了管內(nèi)流速的信息見圖7-15.

當(dāng)傳感器工作在反勵(lì)模式時(shí)，磁場(chǎng)如圖7-14b所示，由于上下兩勵(lì)磁線圈反向勵(lì)磁，當(dāng)流體充滿測(cè)量管道時(shí)，磁場(chǎng)分布和流動(dòng)分布都是對(duì)稱的，所以電極E1上得到的電勢(shì)信號(hào)為“0”。當(dāng)測(cè)量掛內(nèi)液面下降時(shí)，管道上半部分的流體對(duì)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的貢獻(xiàn)減少，而下半部分仍保持原值，結(jié)果是電極E1上得到的信號(hào)不為零。管內(nèi)流體液面越低（〉50%），E1上得到的信號(hào)就越大。同樣的原理可應(yīng)用于電極E2和E3.由于它們的安裝位置不在測(cè)量管中間，所以即使流體充滿管道時(shí)，E2和E3上的電動(dòng)勢(shì)信號(hào)也不為零，但其值總隨液面高度的變化而變化。

可見，反勵(lì)模式時(shí)，傳感器所提供的信號(hào)包含了管內(nèi)液面高度的信息。

測(cè)量時(shí)，兩個(gè)相位相差90°的方波電流信號(hào)如圖7-16所示。

分布控制兩個(gè)勵(lì)磁線圈WE1和WE2，從而獲得串勵(lì)和反勵(lì)模式的連續(xù)切換。流量信號(hào)的測(cè)量總是在每個(gè)勵(lì)磁模式的*后1/3控制階段進(jìn)行。可測(cè)高于測(cè)量管內(nèi)徑10%液位的流量，測(cè)量誤差小于1.5%FS。

繼Fischer&Porter以后，東芝、Krohne等公司也相繼提出非滿管電磁流量計(jì)，且測(cè)量原理有所不同，如Krohne的非滿管電磁流量計(jì)，用離測(cè)量管底部0.1D高度的一對(duì)電極測(cè)量流速，在襯里背面置有多塊大面積電極，以相似于電容液位計(jì)原理檢測(cè)測(cè)量管內(nèi)液位高度，從而求得非滿管流量。測(cè)量準(zhǔn)確度一般可達(dá)±1%FS（流速大于1m/s）。

3.多電極電磁流量計(jì)

德國Karlsruhe大學(xué)的有關(guān)學(xué)者提出了如圖7-17所示的雙組勵(lì)磁線圈多電極電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)，以減少軸向不對(duì)稱流場(chǎng)分布的影響。他們研制的一D=24mm，有8對(duì)電極的樣機(jī)，在嚴(yán)重軸向不對(duì)稱流場(chǎng)下對(duì)不同電極組合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明有4對(duì)電極就可以獲得滿意的結(jié)構(gòu)，能明顯地減低軸對(duì)稱流受到破壞時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量誤差。可使上游直管段長度減少到單對(duì)電極的一半左右。

對(duì)口徑在500mm以上的電磁流量計(jì)，很多**都采用多電極結(jié)構(gòu)。如圖7-18所示為電磁流量計(jì)上游流動(dòng)條件相同時(shí)，采用不同電極對(duì)數(shù)時(shí)流量測(cè)量誤差的試驗(yàn)曲線。

4.插入式電磁流量計(jì)

插入式電磁流量計(jì)是以測(cè)量管道內(nèi)局部流速來推算整體流量的儀表，主要用于大管徑管道的流量測(cè)量。電磁流量傳感器從管道開孔中徑向地插入管道，插入深度可以有不同規(guī)定，或插入到管道中心，或插入到管道內(nèi)平均流速處。插入 式電磁流量計(jì)精度較低，價(jià)格相對(duì)也比較低，一般不用來測(cè)量流體總量，而是常用于過程參數(shù)的控制系統(tǒng)。下面是幾種插入式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。

圖7-19所示為德國的一種插入式電磁流量傳感器結(jié)構(gòu)，傳感器測(cè)量孔中心軸固定在主管道內(nèi)徑的1/8處，基本在管道平均流速點(diǎn)附近。一般傳感器應(yīng)安裝在上游具有10D、下游具有5D的直管段上，如果上游有三通或有未全開閥門時(shí)，則上游應(yīng)有15D-25D的直管段。傳感器軸應(yīng)基本與上游彎頭或閥門桿處于同一水平內(nèi)。

圖7-20為另一種插入式電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)，電極直接安裝在探頭兩側(cè)，面不用在探頭上打測(cè)量孔。

安裝時(shí)應(yīng)保證探頭插入深度H為管道內(nèi)徑的10%，可根據(jù)廠家提供的探頭尺寸控制插入深度。

為了提高測(cè)量精度，國外已經(jīng)研制出均速管型的插入式電磁流量計(jì)，探頭插在直徑方向，貫穿管道直徑，電極按等面積法布置在探頭上，如圖7-21所示。

一般，在管徑小于300mm時(shí)用三對(duì)電極，管徑大于350mm時(shí)用5對(duì)電極。其優(yōu)點(diǎn)是適用于大管徑管道高精度測(cè)量，可以不斷流裝卸流量傳感器。測(cè)量精度可達(dá)1%R+0.015m/s，線性度為0.3%，重復(fù)性可達(dá)0.2%。