如何选用合适的电磁流量计

二、电磁流量计的精度等级和功能
市场上通用型电磁流量计的性能有较大差别，有些精度高、功能多，有些精度低、功能简单。精度高的仪表基本误差为（±0．5％～±1％）R，精度低的仪表则为（±1．5％～±2．5％），两者价格相差1～2倍。因此测量精度要求不很高的场所（例如非贸易核算仅以控制为目的．只要求高可靠性和优良重复性的场所），选用高精度仪表在经济上是不合算的。
有些型号仪表声称有更高的度，基本误差仅（±O．2％～±O，3％）R，但有严格的安装要求和参比条件，例如环境温度20～22℃，前后置直管段长度要求分别大于10D、3D（通常为5D、2D），甚至提出流量传感器要与前后置直管组成一体在流量标准装置上作实流校准，以减少夹装不善的影响。因此在多种型号选择比较时不要单纯只看高指标，要详细阅读制造厂样本或说明书作综合分析。
全流型非满管EMF的基本误差为（±1.5％～±2％）FS。插入型仪表本身（即检测头）的基本误差一般为±2％R～±4％FS，考虑到点流速（或径流速）代表面平均流速，随着流量变化引起速度分布系数变动的影响，可能带来2％～5％的变化以及流通面积测量误差等，总体的测量精度还要低些。
若应用于大管径长输水管，因有良好的速度分布（有足够长的前置直管段），电磁流量检测头又在“检定水槽”中个别校准，流量变化范围也不大，不存在速度分布系数明显变动等较好条件下，基本误差可接近或略大于±2％R。
市场上电磁流量计的功能差别也很大，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、流量显示和总量积算、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芯片（ASIC），以联接HART协议系统、PR0兀BuS、Modbus、CONFIG、FF现场总线等。

三、电磁流量计的流速、满度流量、范围度和口径
选定仪表口径不一定与管径相同，应视流量而定。流程工业输送水等粘度不高的液体、管道流速一般是经济流速1．5～3m/s。电磁流量计用在这样的管道上，传感器口径与管径相同即可。
电磁流量计满度流量时液体流速可在1～10m/s范围内选用，范围是比较宽的。上限流速在原理上是不受限制的，然而通常建议不超过5m/s，除非衬里材料能承受液体流速的冲刷，实际应用很少超过7m/s，超过10m/s则更为罕见。满度流量的流速下限一般为1m/s，有些型号仪表则为0．5m/s。有些新建工程运行初期流量偏低或在流速偏低的管系，从测量精度角度考虑，仪表口径应改用小于管径，以异径管连接之。
用于有易粘附、沉积、结垢等物质的流体，选用流速应不低于2m/s，提高到3～4m/s或以上，起到自清扫、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨耗性强的流体，常用流速应低于2～3m/s，以降低对衬里和电极的磨损。
在测量接近阈值的低电导液体，尽可能选定较低流速（小于0．5～1m/s），因流速提高流动噪声会增加，而出现输出晃动现象。
电磁流量计的范围度是比较大的，通常不低于20，带有量程自动切换功能的仪表，可超过50～100。
国内可以提供的定型产品的口径从10mm到3000mm，虽然实际应用还是以中小口径居多，但与大部分其他原理流量仪表。（如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大比重。某企业近万台仪表中，50mm以下小口径、65～250mm中口径、300～900mm大口径、1000mm以上超大口径分别占37％、45％、15％和3％。

四、电磁流量计的液体电导率
使用电磁流量计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。通用型电磁流量计的阈值在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。非接触电容耦合大面积电极的仪表则可测电导率低至5×10^-8）/cm的液体。

工业用水及其水溶液的电导率大于10^-4S/crn，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10¹S/cm也不存在问题。石油制品和有机溶剂电导率过低就不能使用。上图列出若干液体的电导率。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于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，电导率将比查得得要高，也有利于流量测量。

还有一种在缺乏现成电导率数据的情况下，装在管线上电磁流量计不能测量的液体，从现场管线上取样离线去实验室以电导率仪测量其电导率却认为可用。这是由于取样离线过程中，所测液体已与在管线中有了差别；譬如液体已吸收了大气中的CO₂或N0_x生成微量的碳酸或硝酸，改变了电导率。
根据使用经验，实际应用的液体电导率要比仪表制造厂规定的阈值至少大一个数量级。因为制造厂仪表规范规定的下限值是在各种使用条件较好状态下可测量的低值，是受到一些使用条件限制，如电导率均匀性、连接信号线、外界噪声等，否则会出现输出晃动现象等。我们就多次遇到测量低度蒸馏水或去离子水，要其电导率接近阈值5×10^-6S/cm，使用时出现输出晃动。

五、电磁流量计测量液体中含有混入物
混入成泡状流的微小气泡仍可正常工作，但测得的是含气泡体积的混合体积流量；如气体含量增加到形成弹（块）状流，因电极可能被气体盖住使电路瞬时断开，出现输出晃动甚至不能正常工作。
含有非铁磁性颗粒或纤维的固液双相流体同样可测得二相的体积流量。固体含量较高的流体，如钻井泥浆、钻探固井水泥浆、纸浆等实际上已属非牛顿流体。由于固体在载体液中一起流动，两者之间有滑动，速度上有差别，单相液体校验的仪表用于固液双相流体会产生附加误差。虽然还未见到电磁流量计应用于固液双相流体中固形物影响的系统实验报告，但国外有报告称固形物含量有14％时误差在3％范围以内；我国黄河水利委员会水利科学研究所的试验报告称，测量高沙含量水的流量，含沙量体积比17% ～ 40%（沙中值粒径0.35rnm），仪表测量误差小于3% 。
在浆液内有较大颗粒擦过电极表面，在频率较低的矩形激磁的电磁流量计中会产生尖峰状浆液噪声，使流量信号不稳，就要选用较高频率的仪表或有较强抑制浆液噪声能力的仪表，也可选用市电交流激磁的仪表或双频激磁的仪表。而开封威利流量仪表有限公司与日本山武合作的矿浆电磁流量计，很好的解决该问题。
含有铁磁性物质的流体对通常的电磁流量计，因测量管内磁导率受铁磁体的不同含量而变化，会产生测量误差。但在磁路中置有磁通检测线圈补偿的电磁流量计，可减小混入铁磁体的影响。上海光华仪表厂在交流激磁仪表的试验报告中称，水中含有液固重量比约4：1，颗粒度≤0.15mm铁精矿石的矿浆，以80mm口径仪表作清水和浆液对比流量试验，通常的仪表示值变化7% ～ 10%，装有磁通检测线圈的仪表，示值误差在±2%FS以内。
对含有矿石颗粒的矿浆应用，应注意对传感器衬里的磨损程度，测量管内径扩大会产生附加误差。这种场合应选用耐磨性较好的陶瓷衬里或聚氨酯橡胶衬里，同时建议传感器安装在垂直管道上，使管道磨损均匀，消除水平安装下半部局部磨损严重的缺点。也可以在传感嚣进口端加装喷嘴形护套，相对延长使用期。

六、电磁流量计液体附着和沉淀
测量易在管壁附着和沉淀物质的流体时，若附着的是比液体电导率高的导电物质，信号电势将被短路而不能工作，若是非导电层则首先应注意电极的污染，譬如选用不易附着尖形或半球形突出电极、可更换式电极、刮刀式清垢电极等。刮刀式电极可在传感器外定期手动刮除沉垢。国外产品曾有电极上装超声波换能器，以清除表面垢层，但现已少见。也有暂时断开测量电路，在电极间短时间内流过低压大电流，焚烧清除附着油脂类附着层。易产生附着的场所可提高流速以达到自清扫的目的，还可以采取较方便的易清洗的管道连接，可不拆卸清洗传感器。
非接触型电极的电磁流量计附着非导电膜层，仪表仍能工作，但若为高导电层则同样不能工作。
对于接触型电极的电磁流量计导电性附着层的附加示值误差△E如下图

式中σ_w、σ_f —— 分别为附着层、液体电导率；
t —— 附着层厚度；
d —— 测量管内径。
弱附着于衬里管壁异物层为氧化铁绣层，或以金属为主要成分的燃料，其电导率大于液体电导率，测得的流量值将比实际流量低；若为碳酸钙等水垢层，其电导率低于液体，测得流量值高于实际流量。若附着层电导率与液体相同，按上图计算附加误差为零，但此只局限于附着层厚度小的条件，譬如下图中2t / d要小于10%。因为相同流量有附着层时流通面积减小，但平均流速增加，相互间可抵消，也只能说附加误差可忽略不计。

七、电磁流量计与流体接触部件材料的选择
与流体接触的传感器零部件有衬里（或绝缘材料制成的测量管）、电极、接地环和密封垫片，其材料的耐腐浊型、耐磨耗性和使用温度上限等影响仪表对流体的适应性。由于零部件少，形状简单，材料选择灵活，电磁流量传感器对流体的适应性强。
（1） 衬里材料（或直接与介质接触的测量管）
常用衬里材料有氟塑料、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶和陶瓷等。氟塑料包括聚四氟乙烯（F-4）、全氟乙丙烯（四氟乙烯和六氟丙烯共聚物，F-46；国外商品名Teflon FEP，习称FEP）、四氟乙烯和乙烯共聚物（F-40）和全氟烷基乙烯基醚共聚物（改性聚四氟乙烯，国外商品名Teflon FEP）玻璃钢有用作衬里的，也有单独制成测量管的。今年有采用高纯氧化铝（99.7%A1₂O₃）陶瓷制成陈立的，但只限中小口径传感器。
氯丁橡胶和玻璃钢用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体，如工业用水、废污水及若酸碱，价格为低廉。氟塑料具有优良的耐化学腐浊性液体，但耐磨性差，不能用于测量矿浆液。氟塑料中早引用的是聚四氟乙烯，因与测量管间仅靠压贴，无粘结力，不能用于负压管道，后开发各种改性品种，实现注塑成型，与测量管有较强结合力，可用于负压，其品种为：

聚氨酯橡胶有*的耐磨耗性，但耐酸碱的腐蚀性较差。它的耐磨性相当于天然橡胶的10倍，适用于煤浆、矿浆等；介质温度要低于40～60/70℃。氧化铝陶瓷有*的耐磨耗性和对强酸碱的耐腐蚀性，耐磨性约为聚氨酯橡胶的10倍，适用于具有腐蚀性的矿浆；但性脆，安装夹紧时疏忽易碎，可用于较高温度（120～140/180℃），但要防止温度剧变，如通蒸汽灭菌，一般温度突变不能大于100℃，升温150 ℃要有10min时间。
衬里材料的选择及其特点和不适用流体请参阅上图，s．2，通用型电磁流量计几种材料的压力温度大体适用范围可看右图。
（2）电极和接地环材料
电极对测量介质的耐腐是选择材料首先考虑的因素，其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成的噪声。
1） 选择耐腐蚀材料电磁流量计
电极的耐腐蚀性要求很高，不允许腐蚀或者严格地说只允许极低的腐蚀速率，否则会破坏电极与衬里间密封性。介质泄漏，轻则破坏绝缘而仪表无法工作，直至毁坏整台电磁流量传感器。常用金属材料有含耐酸钢1Cr18Ni12Mo2Ti，哈氏合金（耐蚀镍基合金）B、C，钛、钽、铂铱合金，几乎可覆盖全部化学液。此外还有适用于浆液等的低噪声电极，它们是导电橡胶电极、导电氟塑料电极和多孔性陶瓷电极，或包覆这些材料的金属电极。下表格所展示的是这些材料的大体使用范围。

上述表中所展示的耐腐蚀性适用范围只是个概貌。各种介质对不同材料的腐蚀性可查阅有关的“腐蚀手册”．，例如《腐蚀数据和选材手册》集中了大量数据，可作选用电极材料时参考，以确定初步方案。但这只能是初步方案，是否适应现场使用条件，还需进一步调查。因为从手册查阅的数据大部分是在实验室比较“纯”的条件下取得的，而实际使用的流体，往往含有微量杂质，也常是几种介质的混合液，它们的腐蚀性与纯粹或单一介质的腐蚀性有显著差别；液体是否含有溶解气体以及流动速度也相当程度上影响着腐蚀速度。例如哈氏合金B对80% 10%浓度，不充气盐酸耐腐蚀，而对充气的盐酸却不耐腐。所以在原则上电极材料的选择应从使用者借鉴该介质在其他设备的应用实际和以往的经验来确定。有时候要作必要的实验，如现场取液体样品在实验室做待用材料的腐蚀性试验。的实验是现场挂片，这是接近实际应用条件的腐蚀性试验，可以得出比较可靠能否适用的结论。
钽耐化学介质腐蚀的面很广，铂铱合金对各类酸碱盐液也有很好的耐腐蚀性，但它们也有一些不耐腐蚀的化学介质，下表中列出若干不耐腐蚀的介质，两者之间有互补性。
2）避免电极表面效应
电极的耐腐蚀性是选择材料的重要因素，但有时候电极材料对被测介质有很好的耐腐蚀性，却不一定就是适用的材料，还要避免产生电极表面效应。
电极表面效应分为表面化学反应、电化学和极化现象以及电极的触媒作用三个方面。
化学反应效应如电极表面与被测介质接触后，形成钝化膜或氧化层。它们对耐磨腐蚀性能可能起到积极保护作用，但也有可能增加表面接触电阻。例如钽与水接触就会被氧化，生成绝缘层。

符号说明：A——优先选用的材料（实际上有极长的使用寿命）；
B——令人满意的材料（在大多数条件下又较长的使用寿命）；
×——不能使用

电化学电势变化和极化现象会产生干扰电势而形成噪声。浆液噪声和流动噪声即是电极表面噪声的表现。极化电势是电极感生电动势在两电极极性不同，导致电解质在电极表面产生极化。低频矩形波激磁结合了直流激磁和交流激磁的优点，虽然交变激磁将极化电势减弱了几个数量级，但不能*消除极化电势干扰的影响。极化电势与液体介质性质以及电极材料性质有关。
浆液噪声是在测量泥浆纤维浆等液固双相导电液体流量时，固体颗粒（或液体中气泡）擦过电极表面，电极表面接触电化学电势突然变化，输出流量信号出现尖峰脉冲状噪声。
流动噪声是在测量较低电导率（100 x 10-6S/cm附近及以下）液体流量时，电极的电化学电势定期变化，产生随流速增加而频率增加的随机噪声j；引起仪表输出出现波动现象。
对于电极表面噪声可选配与被测液体电化学和极化电势作用小的材料以及低噪声电极。
被测介质在电极的触媒作用下产生化学反应而影响测量。例如铂电极电磁流量计在测量双氧水时会在电极表面生成气雾，流量为零时输出也会波动。
对于避免或减轻电极表面效应的介质——电极材料匹配，还没有像腐蚀性那样有充足的资料可杳，只有一些有限经验，尚待在实践中积累。下文列举若干实例。
钽对水是耐腐蚀的。但若使用钽电极电磁流量计测量水流量，钽电极表面会形成绝缘层，使仪表失灵或运行一段时期后出现很大噪声。氢氧化钠等碱液亦不能选用钽电极。在工艺流程中即使是极短时间钽电极与水或“非酸”液接触（如清洗管系），均会影响仪表正常使用。
铂铱合金电极或铂电极对盐酸有良好的耐腐性，铂电极电磁流量计多处用于测量盐酸获得满意的结果。然而测量浓度较高的盐酸（10%以上）却产生严重的噪声。铂电极用于测量低压过氧化氢（压力低于0.3MPa）时，由于触媒作用而在电极表面产生气雾，阻断了电气通路而影响工作。
哈氏合金B对温度、浓度不高的盐酸是有耐腐蚀性的，已有若干应用良好的实例，然而浓度超过某值时会产生噪声。在现场改变盐酸浓度试验表明，浓度逐渐增加超过15%～20%时仪表输出随之晃动起来，浓度到25%输出晃动高达20%。硝酸硫酸等酸液也有相似效应的实践经验。
水厂用硫酸铝液与原水混合以凝聚悬浮体，混合配比常用电磁流量计测量硫酸铝液，选用耐酸钢电极即可获得满意的结果。我们曾遇到测量15%硫酸铝的哈氏合金B电极电磁流量计，使用过程中也出现输出晃动现象，后改用耐酸钢电极即工作正常。
铂、钽电极对各种浓度硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸，大部分均有较好的测量效果，但其中铂电极对浓度大于10%的盐酸会产生噪声，钽电极对浓度大于10%的氢氟酸则不耐腐。
铂铱合金和钽虽有较好的耐腐蚀性，但价格昂贵，一对钽电*达数百到近千元，铂铱电极比钽电极还要贵一倍以上。
接地环连接在塑料管道或衬绝缘衬里金属管道的流量传感器两端，它们的耐腐蚀要求比电极低，允许有一定腐蚀，定期更换。通常选用耐酸钢或哈氏合金。因体积大从经济上考虑较少采用钽铂等贵重金属。如金属工艺管道直接与流体接触就不需要接地环。