电磁流量计的特点和励磁方式

由于电磁流量计具有可靠性高、耐腐蚀性强、容易变更测量范围等特点, 在国内外好多行业都得到了广泛应用并重点对它进行开发。在我们所涉及的工程, 例如轻工行业中电磁流量计常应用在食品、造纸、精细化工和污水处理等行业, 用来测量乳液、番茄酱、啤酒、纸浆、填料、黑液、其他化学品等液体或具有气液、液固两相的液体流量。这些液体中除干净液体外, 大多为易粘、易堵、含气泡、含固体颗粒, 有的还具有强腐蚀性。目前, 电磁流量计具有传感器、转换器一体型和分离型（分体式电磁流量计）二种结构形式, 高达IP68 的防护等级, 多种可选的耐腐耐磨衬里和电极材料, 精度可达0. 2 级,这使得电磁流量计基本上能满足上述工况的流量测量需要。

一、电磁流量计的特点

1、优点

• ( 1) 结构简单, 无活动部件和阻碍被测介质流动的扰动件或节流件, 对易黏附和固液二相介质不易发生管道堵塞、磨损等问题。可弥补质量流量计不易测量此类介质的不足。
• ( 2)智能电磁流量计是一种测量体积流量的仪表, 其测量不受流体的密度、温度、压力、粘度、雷诺数以及在一定范围内电导率的变化的影响。电磁流量计只需用水作为试验介质进行标定, 而不需要作附加修正就可用来测量  其它导电性液体。这是其他流量计所不具备的优点。
• ( 3) 电磁流量计测量范围很大, 有的产品测量范围达1000: 1。对同一口径传感器, 其满量程只要介质流速在0. 3~ 15m/ s 范围内可任意设定。电磁流量计的测量范围可涵盖紊流和层流状态两种速度分布状态, 这是差压式流量计、涡轮式、涡街等流量计不能与之相比拟的。
• ( 4) 测量原理上是线性的, 测量准确度高, 而且完全电信号输出, 测量的反映速度快, 可测脉动流量和快速累积总量。
• ( 5)防腐电磁流量计具有良好的 耐腐蚀性能。
• ( 6) 原理上是测量过水断面的平均流速, 对流速分布的要求较低。因此, 传感器前后的直管段要求比其他流量计短。
• ( 7) 可测正、反两个方向的流动流体。

2、不足

•  ( 1) 电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体。
•  ( 2) 电磁流量计目前还不能用来测量导电率很低的液体介质, 被测液体介质的电导率不能低于10- 5S/ cm( 相当于蒸馏水的电导率) 。对石油制品或者有机溶剂等还无能为力。
•  ( 3) 由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制, 目前工业电磁流量计还不能测量高温高压流体。
•  ( 4) 电磁流量计受流速分布影响, 在轴对称分布的条件下, 流量信号与平均流速成正比。所以, 电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段。
•  ( 5) 电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。

二、励磁方式对测量的影响

   电磁流量计的励磁系统产生传感器所需要的工作磁场，它直接决定了感应电动势的产生， 同时决定了整个系统的测量精度。励磁系统由两部分组成：励磁线圈和励磁电路。励磁线圈的作用是产生工作磁场，两个励磁线圈分别安装在测量管道的上下， 当通上励磁电流后，即可产生磁场。励磁电路的作用是产生励磁线圈的工作电流。励磁电流一般有直流励磁、工频正弦波励磁、低频矩形波励磁、三值低频矩形波励磁、双频矩形波励磁等。

l、直流励磁

   直流励磁出现的最早，在1951年由荷兰科学家研制成功。直流励磁使用永磁体或给励磁线圈施加直流电来产生固定的磁场。因为它的这些特性，产生了以下问题：感应电动势在两电极表面形成固定正负极，持续作用与被测液体，使其电解，在电极表面产生极化现象，这样会使流量信号的感应电动势变小，信号源内阻变大；同时，直流励磁在电极间所产生的不均衡的电化学干扰电势叠加在流量信号中，影响测量精度，而且随着时间、被测液体特性以及流体流动状态等变化而变化；再次，直流励磁存在着零点漂移等问题很难解决。它的上述这些问题决定了直流励磁目前主要应用在液态金属测量。

2、工频正弦波励磁

   工频正弦波励磁的真正实现始于上世纪50年代，它的出现促进了电磁流量计的广泛应用。它利用工频50Hz正弦波电源给励磁线圈供电。工频正弦波基本可以消除电极的极化现象，降低电极电化学现象和传感器内阻； 另外，得到的流量信号也是工频正弦波信号，便于信号处理。然而，它也存在很多缺点：首先是工频干扰问题，同时存在电源电压幅值和频率波动干扰。

3、低频矩形波励磁

   低频矩形波同时具有直流励磁和工频正弦波励磁的特点，最早由A．B．Denison、M．P．Spencer和H．D．Green在1955年提出。该技术不但继承了直流励磁不产生涡流效应、正交干扰和同相干扰的优点，而且具有工频正弦波励磁基本不产生极化效应，便于放大信号处理的优点，同时避免了直流放大器零点漂移、噪声、稳定性等问题，得到了广泛的应用。

4、三值低频矩形波励磁

   1983年，三值低频矩形波励磁技术被成功研制出来，它采用工频频率的八分之一为周期，励磁电流按正一零一负一零一正变化，波形如图。它的最大特点是零点自校准，具有更好的零点稳定性。不过由于励磁电流积分干扰的影响，该技术在测量含有颗粒的液体(比如泥浆、纸浆、矿浆等)时表现不足。

5、双频矩形波励磁技术

   为了解决智能电磁流量计三值低频矩形波励磁不能同时消除低频尖峰噪声、液体流动噪声和零点稳定的矛盾，1988年日本横河电机株式会社提出双频励磁技术来解决含有颗粒的液体(泥浆、纸浆、矿浆等)的测量。不过由于其转换器复杂、成本增加、功耗大，所以并没有得到广泛应用。

   综合分析上面各种励磁方式后，可以发现正弦波励磁存在工频干扰和正交干扰，经常淹没流量信号；低频矩形波虽解决了这些问题，但存在微分干扰，同时有涡电流的影响；双频矩形波励磁又太过复杂；三值低频矩形波改善了微分干扰，只是不能应用在某些领域。基于以上情况，金湖鼎诚仪表有限公司的电磁流量计采用的是三值低频矩形波励磁技术，采用MCU控制产生所需要的励磁电流，这样还可以通过编程随时改变励磁方式，增加了系统的灵活性。