电磁流量计（Electromagnetic Flowmeters）是一种基于法拉第电磁感应理论设计的新型电磁式流量测量仪表，通过测量导电流体在外加磁场中产生的电动势来确定流量。

发展历史

早期探索

1832年，法拉第在滑铁卢大桥两侧放置金属杆作为电极，利用地球磁场测定河流流速，首次进行了电磁流量计的实验。

技术突破

1917年，史密斯与斯皮雷安申请了基于电磁感应原理的船体速度测量技术，提出利用交流励磁技术克服海水极化影响，开启了电磁式流体速度测量技术的先河。

理论奠基

1930年，生物学家威廉斯将硫酸铜溶液放入不导电圆形管道中，测量管道两端的直流电压，发现电压与流速成比例，为电磁流量计奠定了理论基础。

初步应用

1950年，荷兰人首次在挖泥船上利用电磁流量计测定泥沙流量，随后电磁流量计被用于美国普通工业生产。

全球发展

1955年前后，日本、前苏联、英国、德国相继成功研制出电磁流量计。

现代提升

20世纪80年代以来，微电子技术和计算机技术的迅猛发展，电磁流量计的生产工艺水平不断提升，极大地拓宽了其应用范围。

结构组成

传感器部分

传感器是电磁流量计的核心，由磁路系统、测量管道、绝缘衬里、电极、外壳和干扰调整机组成。

磁路系统

产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路使用永久磁铁，结构简单，受外界交流磁场干扰小，但易导致电解质液体极化，影响仪表正常工作。交流磁路采用50Hz工频励磁，但易受外界电磁干扰。低频矩形波恒流励磁和双频励磁进一步克服了交流励磁的缺点。

测量导管

让被测导电性液体通过，采用不导磁、低导电率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，如不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。

电极

引出与被测量成正比的感应电势信号，一般用非导磁的不锈钢制成，要求与衬里齐平，安装位置宜在管道垂直方向，防止沉淀物堆积影响测量精度。电极对耐腐蚀要求高。

外壳

由铁磁材料制成，作为励磁线圈的外罩，隔离外磁场干扰。

衬里

测量导管内壁的一层耐磨、耐腐蚀、耐高温的绝缘材料，如聚四氟乙烯塑料、陶瓷等，增加测量导管的耐磨性和耐腐蚀性，防止测量导管壁短路。

转换器部分

将液体流动产生的微弱感应电势信号放大并转换成统一的标准信号，抑制主要干扰信号。采用国际最新单片机（MCU）和表面贴装技术（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零点稳定，参数设定方便。流量范围度可达150：1，点击中文显示LCD，显示累积流量、瞬时流量、流速、流量百分比等。

显示仪表

将转换器处理后的流量数据显示并输出。

工作原理

电磁流量计是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。当管路上有外加磁场作用时，管路内的流体切割磁力线，在传感器的检测电极上输出感应电压。电压信号被转换器接受后，进一步放大、校正、转换，在显示仪表上显示出来。

测得的电压信号大小可表示为，进一步计算导电液体的流量：

• U：两电极间产生的感应电压
• d：管道直径
• B：电磁流量计外加的磁场强度
• v：流体的流速
• Qv：流体的体积流量

体积流量Qv与感应电动势U和测量管内径d成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。

要使公式严格成立，必须满足以下假定：

• 磁场是均匀分布的恒定磁场
• 被测流体的流速是轴对称分布均匀分布
• 被测液体是非磁性的
• 被测液体的电导率均匀且各向同性

主要分类

按传感器和转换器的组成分类

分离型

传感器和转换器分开，放在不同位置。传感器安置在管路中，转换器安置在仪器房中或靠近传感器旁边。

优点：转换器避免在野外苛刻环境下工作，便于检查调整和测量参数设置。

缺点：抗电磁干扰能力弱，需要严格布线安装。

一体型

传感器和转换器一体化设计，通过测量管路直接产生标准电流信号反应流体流量。

优点：传感器与转换器间电流讯号与激磁导线连接距离短，无需外部导线，配线容易，成本低。

缺点：受管路布局制约，维修不便，电子元件易受管路内液体温度和震动干扰。

按励磁方式分类

直流励磁型

磁场由永久磁铁提供或由直流电激励，测量流量小，仅适用于室温下的水银等液态金属温度测定。

交流工频励磁型

磁场由工频电激励，抗电磁干扰能力弱，存在零点漂移，主要用于泥浆和矿浆等两相流体流量测量。

低频矩形波励磁型

磁场由直流电和交流电共同作用激励，具有功率损耗小、零点稳定优点，应用最广泛。

双频励磁型

磁场由高、低频矩形波电流叠加激励，稳定性优异，无流动噪声干扰，响应特性好。

按连接方式分类

按传感器与管道的连接方式可分为法兰连接、无法兰夹装连接和螺纹联结等。

按用途分类

通用型

用于冶金、石化、造纸、轻工、排水、水处理以及医药、食品、生物和精细化工等工业领域，对被测介质电导率有一定范围要求。

防爆型

在有易爆气体的地方使用，具有防爆功能。传感器采用隔爆型主体和安全火花型电极信号电路复合结构，也可做成一体型安装于有燃爆风险的地方。

卫生型

用于医药卫生、食品加工、生物化工等行业，满足相关卫生条件，包括定时消毒、便于拆卸和清洗。

防浸水型

用于安装在地面下的传感器，可承受短时间水浸没。

潜水型

传感器位于明渠拦河闸底部，在水中工作很久，主要用于测定自由水面水流量，如地上明渠或水面未满的地下暗管。

插入型

插入式电磁流量计通过管壁开孔将传感器伸入管道内，测量局部流速换算流量，精度不高但价格便宜，适用于管道直径较大的场合和控制系统中。

特点应用

优点

• 测量管道为平滑直管，不易堵塞，适合测量纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等含固体杂质或纤维的液-固二相液体。
• 不会因检测流量造成压力损失，仪器阻力只是相同长度管道的沿程阻力，具有节能效果，适用于要求低阻力损失的大管径供水管道。
• 测量过程不受被测介质密度、黏度、温度、压力和电导率变化影响，测量精度高。
• 前置直管段要求较低。
• 传感器结构简单。
• 无机械惯性，反应灵敏，可测量脉动流量和正、反两个方向流量。
• 测量管道内无阻流件，无附加压力损失；无可动部件，传感器寿命长。
• 感应电压信号是管道载面上的平均值，所需直管段较短，长度为5倍管道直径。

缺点

• 无法用于低电导率流体，如油品、有机溶剂、气体、水蒸气以及含有大量气泡的流体。
• 受内衬、电绝缘等因素影响，一般用途电磁式流量计不适用于高温流体；常规电磁流量计也无法用于低温流体测量，因低温下测量管内凝结露水（或霜冻）会损害器件绝缘性能。
• 无法用于非牛顿流体，如钻井泥浆、钻探固井水泥浆、纸浆等，因固体颗粒与流体间有滑动，速度有差别，会产生附加差，颗粒含量过高时流量计将失效。
• 无法用于低压流体，因电磁流量计利用电磁感应原理，对所测流体流速下限有一定限度，要求流体工作压力不能太低。

故障查找

电磁流量计运行中产生的故障分为仪表本身故障和外部原因引起的故障。应根据仪表输出信号进行故障排查定位，然后针对具体故障分析解决。

仪表本身故障

导致仪表无流量信号输出、测量值与实际不符、输出信号超满度量程。

外部原因故障

导致仪表输出值波动、零点不稳、测量值与实际不符。

管道内介质未满管

• 问题释义：流量计管径不符合规定或仪表测头放置不当，导致测头所测管径不能注满流体。
• 故障分析：测量电极安装在比流体液位更高的地方时，未充满流体会导致测量数据跳动。可通过现场观察或电阻分析判断。

外界电磁干扰造成

• 问题释义：电磁流量计正常工作受外部电磁场影响，如外部磁场、电磁波、管道中静电及细小电流等。
• 故障分析：外部电磁场干扰下，输出信号可能呈非线性或连续线性特征。

测量电极结垢及测量电极短路

• 问题释义：测量电极使用时间过长或用于易形成水垢介质，电极表面形成水垢。
• 故障分析：沉积水垢表现为电流信号随时间逐渐变弱，甚至转换器接收不到电信号。

管道流体中含有气泡

• 问题释义：管道密闭性差或流体本身溶有气体，流动时产生气泡。
• 故障分析：气泡直径小导致测量误差（测量流量比实际流量大）；气泡体积大不仅造成测量误差，还会使示数上下跳动，电极阻值明显偏高。

测量电极遭腐蚀

• 问题释义：未选择相应介质防腐蚀电极材料，测量电极被介质腐蚀。
• 故障分析：电极信号衰退和失效影响流量计输出。

技术要求

电磁流量计的准确度等级、引用误差、重复性等指标是衡量性能的重要参数。

流量范围

指流量仪表在规定基本误差内，最小流量至最大流量的范围。

量程和量程比

流量范围的最大流量和最小流量值之差称为量程。最大流量与最小流量的比值称为量程比，亦称范围度。

允许误差

流量计在规定正常工作条件下允许的最大误差（误差极限值）称为允许误差。可用绝对误差和相对误差表示。

• 绝对误差：指示值 - 标准器的值（检定值）
• 相对误差：绝对误差 / 检定值

流量计允许误差多用相对误差表示。

准确度等级

流量计示值接近被测流量值的能力称为准确度。在符合一定计量要求使误差保持在规定极限内的流量计等别、级别称为准确度等级。

准确度等级可用流量计允许误差大小表示，即去掉“±”和“%”符号后的数字，如准确度等级为0.2级的流量计表示测量误差不超过±0.2%。

引用误差

电磁流量计的引用误差指在标准流量条件下，测量结果与真实值之间的最大误差。通常要求引用误差小于准确度等级的一半。

重复性

电磁流量计的重复性指在相同流量条件下，多次测量结果之间的偏差。重复性越好，说明稳定性越高。

这些指标是评估电磁流量计性能的重要指标，不同应用场景要求不同，高精度流量测量场合要求更严格。

发展趋势

智能化

随着微处理器发展，电磁流量计朝智能化方向发展，分为信号处理智能化和控制智能化，构成智能电磁流量计。主要技术包括软件技术、自诊断功能、程控放大器技术、微处理器抗干扰技术等。

高精度化

科技不断进步，电磁流量计测量精度和稳定性显著提高。通过改良信号处理方法和电路结构，有效降低干扰，提高信噪比，从而提高精度。

应用范围拓宽

改进电磁流量计结构和励磁方式，拓宽应用到非满管和易产生电极表面极化现象的流体介质，实现测量范围拓宽。

远程通信和数据处理

物联网技术快速发展，电磁流量计远程通信和数据处理能力提升，实现在线监测和远程控制，提高测量可靠性和实用性。

注：词条部分内容参考文献来源^[1][2][3]

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电磁流量计(图1)

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电磁流量计(图2)

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电磁流量计(图3)

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电磁流量计(图4)

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