特殊結(jié)構(gòu)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(jì)80年代發(fā)展起來的用來連續(xù)測量明渠、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(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(wěn)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.非滿管電磁流量計

電磁流量計從20世紀(jì)50年代商品化以來一直用于測量滿管流量，直到90年代初期，F(xiàn)ischer&Forter*先研制出了非滿管電磁流量計。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并沒有什么不同，同樣具有無可動部件、無阻流件、壓損極小、線性輸出和范圍度寬等優(yōu)點(diǎn)。

與普通電磁流量計只有在直徑方向一對檢測電極不同，非滿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對電極E1、E2和E3，如圖7-14所示。

上下兩勵磁線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(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)傳感器工作在串勵模式時，磁場如圖7-14a所示，和普通電磁流量計一樣，電極上得到的電動勢e與管內(nèi)流速成正比。如果設(shè)滿管流時，電極E1和E2上得到的電動勢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，電動勢信號e1和e2相對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，電極E1上的信號將增加到“2”。液面低于50%高度時，電極E1將因測不到電信號而失去作用。同理，電極E2和E3上的信號也隨管內(nèi)液面高度而變化，但電極E2*低可測20%液面高度，電極E3*低可測10%液面高度。

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

當(dāng)傳感器工作在反勵模式時，磁場如圖7-14b所示，由于上下兩勵磁線圈反向勵磁，當(dāng)流體充滿測量管道時，磁場分布和流動分布都是對稱的，所以電極E1上得到的電勢信號為“0”。當(dāng)測量掛內(nèi)液面下降時，管道上半部分的流體對電動勢信號的貢獻(xiàn)減少，而下半部分仍保持原值，結(jié)果是電極E1上得到的信號不為零。管內(nèi)流體液面越低（〉50%），E1上得到的信號就越大。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量管中間，所以即使流體充滿管道時，E2和E3上的電動勢信號也不為零，但其值總隨液面高度的變化而變化。

可見，反勵模式時，傳感器所提供的信號包含了管內(nèi)液面高度的信息。

測量時，兩個相位相差90°的方波電流信號如圖7-16所示。

分布控制兩個勵磁線圈WE1和WE2，從而獲得串勵和反勵模式的連續(xù)切換。流量信號的測量總是在每個勵磁模式的*后1/3控制階段進(jìn)行?？蓽y高于測量管內(nèi)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管電磁流量計，且測量原理有所不同，如Krohne的非滿管電磁流量計，用離測量管底部0.1D高度的一對電極測量流速，在襯里背面置有多塊大面積電極，以相似于電容液位計原理檢測測量管內(nèi)液位高度，從而求得非滿管流量。測量準(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

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

對口徑在500mm以上的電磁流量計，很多**都采用多電極結(jié)構(gòu)。如圖7-18所示為電磁流量計上游流動條件相同時，采用不同電極對數(shù)時流量測量誤差的試驗(yàn)曲線。

4.插入式電磁流量計

插入式電磁流量計是以測量管道內(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 式電磁流量計精度較低，價格相對也比較低，一般不用來測量流體總量，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，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量孔。

安裝時應(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時用三對電極，管徑大于350mm時用5對電極。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(dá)1%R+0.015m/s，線性度為0.3%，重復(fù)性可達(dá)0.2%。