引言

      流量測(cè)量與控制是自動(dòng)控制的一個(gè)重要部分，對(duì)于降低工藝過程中原材料消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等有著重要的意義。工業(yè)過程常用的流量計(jì)有電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、文丘里管等，這些流量計(jì)各有特點(diǎn)。尤其是電磁流量計(jì)因其測(cè)量不受被測(cè)流體密度、溫度、壓力、粘度和導(dǎo)電率變化的影響，測(cè)量值與流體的流速分布無關(guān)，精度高，測(cè)量范圍寬，線性好，零點(diǎn)穩(wěn)定，耐腐蝕，抗磨損，可在高溫和水下安裝等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，電磁流量計(jì)也有其不足，安裝使用不當(dāng)會(huì)引起測(cè)量誤差，降低控制質(zhì)量。本文以橫河公司的ADMAG AE（SE）系列電磁流量計(jì)為例，結(jié)合筆者的工程實(shí)踐，介紹電磁流量計(jì)安裝與使用的一些要點(diǎn)。

      1 電磁流量計(jì)的工作原理

      電磁流量計(jì)的工作以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，即當(dāng)一個(gè)導(dǎo)體在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，并且運(yùn)動(dòng)方向垂直于電磁場(chǎng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向垂直于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)和電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的方向，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度和磁場(chǎng)的磁通密度成正比。當(dāng)導(dǎo)電流體以平均流速V（m/s）通過一根內(nèi)徑為D（m）的管子時(shí)，若管子內(nèi)存在一個(gè)磁通密度為B（T）的磁場(chǎng)，那么就可產(chǎn)生一個(gè)垂直于電磁場(chǎng)方向和流體流動(dòng)方向的電動(dòng)勢(shì)E：

                E＝DVB（V）               （1）

      容積流量Q為

            Q=πD²V/4 （m³/s）      （2）

      將式（1）代入式（2）得：

          Q=πDE/（4B）（m³/s）   （3）

      如果B是常數(shù)，那么從式（3）可看出，Q與E成正比。電磁流量轉(zhuǎn)換器把電動(dòng)勢(shì)E放大并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的信號(hào)或脈沖信號(hào)輸出，作為對(duì)應(yīng)的流量信號(hào)輸出。

      1.1 雙頻率勵(lì)磁原理

      ADMAG AE（SE）電磁流量計(jì)采用雙頻率勵(lì)磁原理，在電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)形成含有兩個(gè)頻率分量的電磁場(chǎng)：高頻勵(lì)磁分量一般不受液體干擾的影響，而低頻勵(lì)磁分量則有著的零點(diǎn)穩(wěn)定性，根據(jù)高、低頻定時(shí)檢測(cè)到的各分量信號(hào)經(jīng)過計(jì)算，便可得到流量信號(hào)。

      電磁流量計(jì)的測(cè)量原理如圖1所示，一個(gè)由高低頻分量迭加而成的電磁場(chǎng)通過勵(lì)磁線圈被施加到被測(cè)液體中，勵(lì)磁波形是在一個(gè)低頻矩形波上迭加一個(gè)高于市電頻率的矩形波而得到的波形。在產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)中，低頻分量通過一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的積分電路獲得一個(gè)零穩(wěn)定性好的平穩(wěn)流量信號(hào)。而由漿液或低電導(dǎo)率流體產(chǎn)生的低頻噪聲可被不受噪聲影響的高頻采樣電路所抑制，有著同樣時(shí)間常數(shù)的流量信號(hào)經(jīng)過一個(gè)差分電路以確定流速信號(hào)的變化，把這兩種不同頻率采樣所得的信號(hào)結(jié)合起來可獲得一個(gè)穩(wěn)定實(shí)時(shí)的流速信號(hào)，該信號(hào)不受噪聲干擾，且有較高的零點(diǎn)穩(wěn)定性。

      1.2 電磁流量計(jì)的組成

      電磁流量計(jì)主要由變送器（又稱一次裝置、檢出器或傳感器）和轉(zhuǎn)換器（又稱二次裝置或變換器）及流量顯示儀表3部分組成，如圖2所示。變送器的作用是將通過測(cè)量管的被測(cè)液體的流量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。轉(zhuǎn)換器則是把電磁流量變送器輸出的與流量成比例的毫伏級(jí)電壓信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換成為可被工業(yè)儀表接收的標(biāo)準(zhǔn)直流電流信號(hào)或脈沖信號(hào)輸出，以便與其它儀表及調(diào)節(jié)器配合，實(shí)現(xiàn)流量的指示、記錄和運(yùn)算。

      2 電磁流量計(jì)的安裝

      電磁流量計(jì)根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作，因此安裝時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離變頻器、變壓器、電動(dòng)機(jī)等易產(chǎn)生電磁干擾的設(shè)備，并保證流過流量計(jì)的液體電導(dǎo)率基本均勻。同時(shí)還應(yīng)注意以下幾方面：

      （1）要有“足夠”長度的上下游直管段

      為了使現(xiàn)場(chǎng)使用的流量儀表獲得與實(shí)流校驗(yàn)相同的精度，一定要滿足規(guī)定的流動(dòng)條件。電磁流量計(jì)工作時(shí)要求上游束流是充分發(fā)展的流動(dòng)，下游配管件的擾動(dòng)不會(huì)上溯影響測(cè)量值，即要求一定長度上下游直管段。多少才是“足夠”長度？一般要求在電磁流量計(jì)上游的各種閥門、彎管、縮徑管等距流量計(jì)的直管段的長度必須在5～10D以上（D是流量計(jì)的內(nèi)徑），下游直管段長度應(yīng)在2~3D以上。只有這樣才能保證上下游閥門或其它接頭不會(huì)影響流態(tài)。

      （2）液體應(yīng)一直充滿管道

      電磁流量計(jì)可以水平、垂直或與水平成任何一角度安裝，但是管路結(jié)構(gòu)必須保證測(cè)量管中始終充滿液體，否則就會(huì)產(chǎn)生誤差（由其工作原理決定）。

      （3）液體中無氣泡

      管路設(shè)計(jì)應(yīng)確保液體中不會(huì)分離出氣泡。因?yàn)殚y門動(dòng)作時(shí)，會(huì)使管道中的壓力變化，從而產(chǎn)生氣泡，所以，流量計(jì)應(yīng)安裝在閥的上游（這一點(diǎn)與其它測(cè)量的測(cè)控方式正好相反）。

      （4）接地

      由于電磁流量計(jì)的感應(yīng)信號(hào)電壓很小，容易受噪聲的影響，因此流量計(jì)必須良好接地。電磁流量計(jì)都配有接地環(huán)，其作用是通過與液體接觸，建立液體接地，并且保護(hù)內(nèi)村，只有這樣才能保證傳感器的基準(zhǔn)電位、轉(zhuǎn)換器/放大器的基準(zhǔn)電位都與被測(cè)液體電位相同，也與地電位相同，減少噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

      3 電磁流量計(jì)的使用

      3.1 接線

      一般的過程測(cè)量儀表都是二線制儀表，電源和信號(hào)共用兩根電線。而電磁流量計(jì)則采用四線制，電源與信號(hào)線分開，既可用直流供電也可用交流供電，輸出信號(hào)既有電流信號(hào)也有脈沖和報(bào)警信號(hào)，接線時(shí)必須注意，不能將電源和信號(hào)線接錯(cuò)，以免損壞流量計(jì)。

      3.2 參數(shù)設(shè)置

      電磁流量計(jì)從與流體的流速相對(duì)應(yīng)的微小感應(yīng)電壓中計(jì)算出體積流量，并輸出1個(gè)4～20mA的信號(hào)。為保證獲得正確的信號(hào)，使用前必須設(shè)定3個(gè)參數(shù)，即通徑、儀表系數(shù)和流量量程，其中前2個(gè)參數(shù)出廠時(shí)已經(jīng)校好，用戶不需要設(shè)定，而流量量程即輸出電流為20mA時(shí)的瞬時(shí)流量值，使用前必須進(jìn)行標(biāo)定。此外，流量計(jì)的顯示模式、報(bào)警模式等也必須設(shè)定。流量計(jì)的參數(shù)設(shè)置（組態(tài)）有兩種方法：其一是利用顯示面板上的按鍵，其二則是利用手持智能終端。

      3.2.1 面板按鍵設(shè)定

      ADMAG AE（SE）系列電磁流量計(jì)一般都配有顯示面板，其上有6位LCD顯示器、3只按鍵和狀態(tài)指示燈等。利用SET、SHIFT和INC三個(gè)鍵的組合就可以設(shè)定所有的參數(shù)，如顯示模式、顯示單位、量程等。具體設(shè)定應(yīng)參照電磁流量計(jì)的使用手冊(cè)。

      3.2.2 BT智能終端設(shè)定

      具有智能通信功能的儀表能與智能終端通信。橫河的智能終端有BT100、BT200等型號(hào)，簡(jiǎn)稱BT智能終端，它們采用BRAIN協(xié)議，將1個(gè)±2mA。2.4kHz的調(diào)制信號(hào)選加到4～20mA的模擬信號(hào)上用作信號(hào)傳輸。由于調(diào)制信號(hào)是交流信號(hào)，所以迭加不會(huì)影響模擬信號(hào)的數(shù)值。

      BT智能終端與流量計(jì)的連接有兩種方式：其一是直接與流量計(jì)端蓋下面的BT端子相連，這種方式適用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試或流量計(jì)不具備智能通信功能的情況；其二是與4~20mA直流信號(hào)線的連接，BT智能終端可以連接在從控制柜到流量計(jì)信號(hào)線的任何位置，距離可達(dá)2km，只要保證整個(gè)回路的負(fù)載電阻在250～750Ω之間，就可以可靠地通信。這種方式操作者不必去現(xiàn)場(chǎng)，在控制室就可對(duì)流量計(jì)迸行設(shè)置和在線監(jiān)測(cè)，是使用最多的一種方式。

      BT智能終端采用菜單式操作，可以隨時(shí)顯示和修改電磁流量計(jì)的各種參數(shù)，其基本的操作有：

      （1）流量計(jì)自檢：任何流量計(jì)在使用以前或出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)首行自檢，利用流量計(jì)的自檢功能，可以了解流量計(jì)的狀態(tài)，確定故障的內(nèi)容和范圍，以便檢修和維護(hù)。只有自檢正常的儀表才可正常工作。

      （2）量程調(diào)整：流量計(jì)在使用以前和使用一段時(shí)間以后，必須調(diào)校零點(diǎn)和量程，保證流量計(jì)輸出的20mA對(duì)應(yīng)瞬時(shí)流量。無流量時(shí)輸出為4mA，即獲得一個(gè)與流量成正比的4～20mA信號(hào)，減少測(cè)量和轉(zhuǎn)換誤差。

      （3）顯示方式設(shè)置：流量計(jì)的顯示方式可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，如顯示的位數(shù)、顯示的單位、顯示瞬時(shí)流量或累積流量、顯示量值的大小或其百分比等，用戶可根據(jù)需要選擇。

      （4）報(bào)警設(shè)置：可以預(yù)先根據(jù)需要設(shè)定報(bào)警電流的大小，選擇報(bào)警輸出的方式，設(shè)定報(bào)警狀態(tài)等，以便在流量計(jì)出現(xiàn)故障時(shí)提醒操作者及時(shí)處理，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

      （5）其它設(shè)置：操作者還可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)，消除脈動(dòng)流，改變液體的流向等。