EMF的工作原理及选型考虑要点

流量是化工生产中重要的测定参数之一，就测量导电液体流量而言，不管目的是监控还是计量，EMF都能做到测量稳定、可靠、精度高、易流量是化工生产中重要的测定参数之一，就测量导电液体流量而言，不管目的是监控还是计量，EMF都能做到测量稳定、可靠、精度高、易维护。在仪表选型和使用时，笔者结合实际应用总结一些要点介绍给大家供参考。

1、EMF的工作原理

EMF的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，在EMF测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电势，由管道内部的两个电极测量并引出感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现流体与测量电极的电磁隔离。假设电磁感应线圈产生磁场强度B（T）为恒定，产生的感应电压Ue（V）正比于流体平均速度（m/s），系数为k，测量管内径L（m）为已知。

EMF由流量传感器和变送器两大部分组成。传感器测量管上下装有励磁线圈，通励磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到变送器。励磁电流则由变送器提供。

2、EMF的特点

1）结构简单，EMF的测量管道是一段无阻流扰动件或节流件的光滑直管，不易发生堵塞、磨损等问题。因此，EMF特别适用于含固体颗粒或纤维的液固两相流体，如纸浆、泥浆、矿浆、煤水浆和污水等。

2）由于没有节流件，仪表几乎无压力损失，仅消耗10～20W的电功率，这点与节流的差压式流量计相比，其节能效果成为EMF发展的一大优势。

3）EMF所得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力、雷诺数以及在一定范围内电导率变化的影响。

4）EMF测量范围很大，通常为20∶1～50∶1，每个量程又可从2%～100%线性测量，EMF的测量范围可涵盖紊流和层流两种速度分布状态，这是其他流量计不能与之相比拟的。

5）测量原理是线性的，测量度高，反应速度快，可测脉动流量和快速累积总量，可测正反双向流量，传感器前后直管段要求低。

6）耐腐蚀性能好，使用可靠，维护方便，寿命长。

但是，EMF不能测量电导率很低的液体，如石油制品和有机溶剂等；不能测量气体、蒸汽、和含有较多较大气泡的液体；受衬里材料和电极绝缘材料的温度限制，不能测量较高温度的液体。

3、EMF的选型考虑要点

在石油化工设计中，要选择适合的流量仪表要考虑的因素很多，具体到EMF的特点，重点要求考虑四个方面的因素，即仪表性能、流量特性、安装条件和环境条件。

1）仪表性能

市场上EMF的功能差别也很大，简单的就只是测量单向流量，只输出模拟信号带动后位仪表；多功能仪表有测双向流、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型号仪表的串行数字通信功能可选多种通信接口和专用芯片（ASIC），以连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、FF现场总线等。

EMF的口径范围比其他品种流量仪表宽，如E+H公司提供W、P、H三种类型的传感器，分别应用于水和污水行业（W型），化工、食品行业（P 型），食品、制药行业（H型），口径范围从2毫米到2米。变送器可提供10、50、23、53多种选择，10针对于水行业开发的经济型，50为普通型，53为增强型，23为两线制。精度可有0.5%，0.2%两种选择。可测正反双向流量，也可测脉动流量。

用于易粘附、沉积、结垢等介质，流速要求应不低于2m/s，zui好提高到3～4m/s或以上，起到自清洗、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨蚀性强的流体，流速应低于2～3m/s，以降低衬里和电极的磨损。衬里、电极和接地环材料的选择也很关键，可查阅适合不同介质的有关“材料手册”，如《自控常用材料器件手册》。

2）流体特性

使用EMF的前提是被测液体必须是导电的，不能低于阈值（即下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值即使变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型EMF的阈值在10-4～（5×10-6）S/cm之间，视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。

工业用水及其水溶液的电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐液的电导率在10-4～10-1S/cm之间，使用不存在问题，低度蒸馏水为 10-5S/cm也不存在问题。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低，认为不能使用，然而实际工作中会遇到因含有杂质而能使用的实例，这类杂质对增加电导率有利。对于水溶液，资料中的电导率是用纯水配比在实验室测得的，实际使用的水溶液可能用工业用水配比，电导率将比查得的要高，也有利于流量测量。

3）安装条件

按EMF自身的转换器与传感器组装方式分类，有分离型和一体型两种。如在污水厂中大口径流量计传感器大多安装在地下，所以建议选择IP68（防尘防潜水级），如果安装在地上，建议选择IP67（防尘防溅水级）。小口径以一体式为多。通常EMF对安装场所要求有：

a.测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游；尽量满足前后直管段分别不小于5D和 2D；

b.尽可能避免测量管内变成负压；

c.选择震动小的场所，特别对一体型仪表；

d.避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰；

e.易于实现传感器单独接地的场所；

f.尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体；

g.尽可能避免受阳光直照

4）环境条件

一般仪表应用于爆炸性危险环境应按标准GB3836.1《爆炸性环境电气设备通用要求》的规定，选择适应使用场所环境的气氛、爆炸性混合物的分级分组、设备类型以及其他安全规则或标准的仪表。另外，外界磁场、电气干扰、环境温度和湿度也是EMF选型的考虑要点。

4、结束语

EMF使用方便，维护量小，主要是电极的清洗和更换，也有无电极型的EMF几乎无需维护。当然对EMF定期进行在线标定和检查也是非常必要的。只要对EMF性能、特点有了全面深入的了解，有了应付各种工况的策略，EMF一定会成为化工测量中的得力助手。
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