特殊結構電磁流量計

1.潛水型電磁流量計

潛水型電磁流量計是20世紀80年代發(fā)展起來(lái)的用來(lái)連續測量明渠、暗渠、河道或非滿(mǎn)管中導電液體體積流量的流量?jì)x表。其測量原理與一般電磁流量計相同，只是傳感器制成整體密封型防水結構，可長(cháng)期置于水下工作，以適應明渠、暗渠、河道等開(kāi)口流道及大管徑非滿(mǎn)管的流量測量。其傳感器結構原理如圖7-13所示。

主體材料一般選用耐腐、耐溫的硬聚氯乙烯，電*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量；對上下游直渠段要求低；采用低頻三值矩形波勵磁技術(shù)而零點(diǎn)穩定，工作可靠等特點(diǎn)，潛水型電磁流量計非常適合于明渠或暗渠中污水排放(污水流量計)的流量測量。

2.非滿(mǎn)管電磁流量計

電磁流量計從20世紀50年代商品化以來(lái)一直用于測量滿(mǎn)管流量，直到90年代初期，Fischer&Forter*先研制出了非滿(mǎn)管電磁流量計。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換器，即可就地指示，又可遠傳顯示和控制。從外觀(guān)上看，它與普通電磁流量計并沒(méi)有什么不同，同樣具有無(wú)可動(dòng)部件、無(wú)阻流件、壓損*小、線(xiàn)性輸出和范圍度寬等優(yōu)點(diǎn)。

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

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

設電*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?，F在只考慮電*E1和E2的作用原理，電*E3和E2一樣。

當傳感器工作在串勵模式時(shí)，磁場(chǎng)如圖7-14a所示，和普通電磁流量計一樣，電*上得到的電動(dòng)勢e與管內流速成正比。如果設滿(mǎn)管流時(shí)，電*E1和E2上得到的電動(dòng)勢e1和e2都標準化為“1”，則當管內介質(zhì)液面下降時(shí)，電動(dòng)勢信號e1和e2相對于同等流量就要增加，如圖7-15所示。當液面下降到50%高度時(shí)，電*E1上的信號將增加到“2”。液面低于50%高度時(shí)，電*E1將因測不到電信號而失去作用。同理，電*E2和E3上的信號也隨管內液面高度而變化，但電*E2*低可測20%液面高度，電*E3*低可測10%液面高度。

可見(jiàn)，串勵磁模式時(shí)，傳感器所提供的信號包含了管內流速的信息見(jiàn)圖7-15.

當傳感器工作在反勵模式時(shí)，磁場(chǎng)如圖7-14b所示，由于上下兩勵磁線(xiàn)圈反向勵磁，當流體充滿(mǎn)測量管道時(shí)，磁場(chǎng)分布和流動(dòng)分布都是對稱(chēng)的，所以電*E1上得到的電勢信號為“0”。當測量掛內液面下降時(shí)，管道上半部分的流體對電動(dòng)勢信號的貢獻減少，而下半部分仍保持原值，結果是電*E1上得到的信號不為零。管內流體液面越低（〉50%），E1上得到的信號就越大。同樣的原理可應用于電*E2和E3.由于它們的安裝位置不在測量管中間，所以即使流體充滿(mǎn)管道時(shí)，E2和E3上的電動(dòng)勢信號也不為零，但其值總隨液面高度的變化而變化。

可見(jiàn)，反勵模式時(shí)，傳感器所提供的信號包含了管內液面高度的信息。

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

分布控制兩個(gè)勵磁線(xiàn)圈WE1和WE2，從而獲得串勵和反勵模式的連續切換。流量信號的測量總是在每個(gè)勵磁模式的*后1/3控制階段進(jìn)行?？蓽y高于測量管內徑10%液位的流量，測量誤差小于1.5%FS。

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

3.多電*電磁流量計

德國Karlsruhe大學(xué)的有關(guān)學(xué)者提出了如圖7-17所示的雙組勵磁線(xiàn)圈多電*電磁流量計的結構，以減少軸向不對稱(chēng)流場(chǎng)分布的影響。他們研制的一D=24mm，有8對電*的樣機，在嚴重軸向不對稱(chēng)流場(chǎng)下對不同電*組合進(jìn)行了實(shí)驗，結果表明有4對電*就可以獲得滿(mǎn)意的結構，能明顯地減低軸對稱(chēng)流受到破壞時(shí)產(chǎn)生的測量誤差?？墒股嫌沃惫芏伍L(cháng)度減少到單對電*的一半左右。

對口徑在500mm以上的電磁流量計，很多**都采用多電*結構。如圖7-18所示為電磁流量計上游流動(dòng)條件相同時(shí)，采用不同電*對數時(shí)流量測量誤差的試驗曲線(xiàn)。

4.插入式電磁流量計

插入式電磁流量計是以測量管道內局部流速來(lái)推算整體流量的儀表，主要用于大管徑管道的流量測量。電磁流量傳感器從管道開(kāi)孔中徑向地插入管道，插入深度可以有不同規定，或插入到管道中心，或插入到管道內平均流速處。插入 式電磁流量計精度較低，價(jià)格相對也比較低，一般不用來(lái)測量流體總量，而是常用于過(guò)程參數的控制系統。下面是幾種插入式電磁流量計的結構圖。

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

圖7-20為另一種插入式電磁流量計的結構，電*直接安裝在探頭兩側，面不用在探頭上打測量孔。

安裝時(shí)應保證探頭插入深度H為管道內徑的10%，可根據廠(chǎng)家提供的探頭尺寸控制插入深度。

為了提高測量精度，國外已經(jīng)研制出均速管型的插入式電磁流量計，探頭插在直徑方向，貫穿管道直徑，電*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)用三對電*，管徑大于350mm時(shí)用5對電*。其優(yōu)點(diǎn)是適用于大管徑管道高精度測量，可以不斷流裝卸流量傳感器。測量精度可達1%R+0.015m/s，線(xiàn)性度為0.3%，重復性可達0.2%。