德国E+H电磁流量计常见故障
电磁流量计（Electromagnetic Flowmeters，简称EMF）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。 电磁流量计是应用电磁感应原理， 根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

仪表介绍

结构

电磁流量计的结构主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。

电磁流量计产品图
电磁流量计产品图

磁路系统：其作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用*磁铁来实现，其优点是结构比较简单，受交流磁场的干扰较小，但它易使通过测量导管内的电解质液体极化，使正电极被负离子包围，负电极被正离子包围，即电极的极化现象，并导致两电极之间内阻增大，因而严重影响仪表正常工作。当管道直径较大时，*磁铁相应也很大，笨重且不经济，所以电磁流量计一般采用交变磁场，且是50HZ工频电源激励产生的。

测量导管：其作用是让被测导电性液体通过。为了使磁力线通过测量导管时磁通量被分流或短路，测量导管必须采用不导磁、低导电率、低导热率和具有一定机械强度的材料制成，可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等。

电极：其作用是引出和被测量成正比的感应电势信号。电极一般用非导磁的不锈钢制成，且被要求与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。它的安装位置宜在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度。

外壳：应用铁磁材料制成，是分配制度励磁线圈的外罩，并隔离外磁场的干扰。

衬里：在测量导管的内侧及法兰密封面上，有一层完整的电绝缘衬里。它直接接触被测液体，其作用是增加测量导管的耐腐蚀性，防止感应电势被金属测量导管管壁短路。衬里材料多为耐腐蚀、耐高温、耐磨的聚四氟乙烯塑料、陶瓷等。

转换器：由液体流动产生的感应电势信号十分微弱，受各种干扰因素的影响很大，转换器的作用就是将感应电势信号放大并转换成统一的标准信号并抑制主要的干扰信号。其任务是把电极检测到的感应电势信号Ex经放大转换成统一的标准直流信号。

特点

1、测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；

2、测量管内*流动部件，无压损，直管段要求较低。对浆液测量有*的适应性；

3、合理选择传感器衬里和电极材料，即具有良好的耐腐蚀和耐磨损性；

4、转换器采用新颖励磁方式，功耗低、零点稳定、度高。流量范围度可达150：1；

5、转换器可与传感器组成一体型或分离型；

6、转换器采用16位高性能微处理器，2x16LCD显示，参数设定方便，编程可靠；

7、流量计为双向测量系统，内装三个积算器：正向总量、反向总量及差值总量；可显示正、反流量，并具有多种输出：电流、脉冲、数字通讯、HART；

8、转换器采用表面安装技术(SMT)，具有自检和自诊断功能；

9、测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。

10、测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。

11、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。

12、转换器采用的单片机（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。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。

13、双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。

工作原理

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。zui大流量与zui小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，zui大可达3m，输出信号和被测流量成线性，度较高，可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。[1]

当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定：

Ex=BDv-----------------式（1）

式中Ex—感应电势，V；

B—磁感应强度，T

D—管道内径，m

v—液体的平均流速，m/s

然而体积流量qv等于流体的流速v与管道截面积（πD²）/4的乘积，将式（1）代入该式得：

Qv=(πD/4B)* Ex ---------式（2）

由上式可知，在管道直径D己定且保持磁感应强度B不变时，被测体积流量与感应电势呈线性关系。若在管道两侧各插入一根电极，就可引入感应电势Ex，测量此电势的大小，就可求得体积流量。

据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由两个检测电极检出，数值大小与流速成正比例，其值为：

E=B·V·D·K

式中： E－感应电势；

K－与磁场分布及轴向长度有关的系数；

B－磁感应强度；

V－导电液体平均流速；

D－电极间距；（测量管内直径）

传感器将感应电势E作为流量信号，传送到转换器，经放大，变换滤波等信号处理后，用带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累积流量。转换器有4~20mA输出，报警输出及频率输出，并设有RS－485等通讯接口，并支持HART和MODBUS协议。

注：不同电磁流量计参数略有差异，使用时请务必查看说明书。

根据法拉第电磁感应定律，在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速v流动时，导电流体就切割磁力线.如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极则可以证明，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间产生感生电动势：

e=KBDv (3-36)

式中，v为管道截面上的平均流速，k为仪表常数。由此可得管道的体积流量为：

qv= πeD/4KB (3-37)

由上式可见，体积流量qv与感应电动势e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。这就是电磁流量计的测量原理。

需要说明的是，要使式(3—37)严格成立，必须使电磁流量计测量条件满足下列假定：

①磁场是均匀分布的恒定磁场;

②被测流体的流速轴对称分布;

③被测液体是非磁性的;

④被测液体的电导率均匀且各向同性。[2]​

常见故障

典型故障诊断及处理

1. 无流量输出。检查电源部分是否存在故障，测试电源电压是否正常；测试保险丝通断；检查传感器箭头是否与流体流向一致，如不一致调换传感器安装方向；检查传感器是否充满流体，如没有充满流体，更换管道或垂直安装。

2. 信号越来越小或突然下降。测试两电极间绝缘是否破坏或被短路，两电极间电阻值正常在(70～100)Ω之间；测量管内壁可能沉积污垢，应清洗和擦拭电极，切勿划伤内衬。测量管衬里是否破坏，如破坏应予以更换。

3. 零点不稳定，检查介质是否充满测量管及介质中是否存在气泡，如有气泡可在上游加装消气器，如水平安装可改成垂直安装；检查仪表接地是否完好，如不好，应进行三级接地(接地电阻≤100Ω)；检查介质电导率应不小于5μs/cm；检查介质是否淤积于测量管中，清除时注意不要将内衬划伤。

4. 流量指示值与实际值不符。检查传感器中的流体是否充满管，有无气泡，如有气泡可在上游加装消气器；检查各接地情况是否良好；检查流量计上游是否有阀，如有，移至下游或使之全开；检查转换器量程设定是否正确，如不对，重新设定正确量程。

5. 示值在某一区间波动。检查环境条件是否发生变化，如出现新干扰源及其他影响仪表正常工作的磁源或震动等，应及时清除干扰或将流量计移位；检查测试信号电缆，用绝缘胶带进行端部处理，使导线、内屏蔽层、外屏蔽层、壳体之间不相互接触。

选用电磁流量计测量流量的流体必须是导电的，因此不导电的气体、蒸汽、油类、丙铜等物质不能选用电磁流量计测量流量。

运行故障

经初期调试并正常运行一段时期后在运行期间出现的故障，常见故障原因有：流量传感器内壁附着层，雷电击，环境条件变化。

1、内壁附着层

由于电磁流量计测量含有悬浮固相或污脏体的机会远比其他流量仪表多，出现内壁附着层产生的故障概率也就相对较高。若附着层电导率与液体电导率相近，仪表还能正常输出信号，只是改变流通面积，形成测量误差的隐性故障；若是高电导率附着层，电极间电动势将被短路；若是绝缘性附着层，电极表面被绝缘而断开测量电路。后两种现象均会使仪表无法工作。

2、雷电击

雷电击在线路中感应瞬时高电压和浪涌电流，进入仪表就会损坏仪表。雷电击损仪表有3条引入途径：电源线，传感器勺转换器间的流量信号线和激磁线。然而从雷电故障中损坏零部件的分析，引起故障的感应高电压和浪涌电流大部分足从控制室电源线路引入的，其他两条途径较少。还从发生雷击事故现场了解到，不仅电磁流量计出现故障，控制室中其他仪表电常常同时出现雷击事故。因此使用单位要认识设置控制室仪表电源线防雷设施的重要性。现任已有若于设计单位队识和探索解决这一问题，如齐鲁石化设计院[1]。

3、环境条件变化

主要原因同上节调试期故障环境方面，只是干扰源不在调试期出现而在运行期间再介入的。例如一台接地保护并不理想的电磁流量计，调试期因无厂扰源，仪表运行正常，然而在运行期出现新干扰源（例如测量点附近管道或较远处实施管道电焊）干扰仪表正常运行，出现输出信号大幅度波动。

维护案例

电磁流量计的维护

1、传感器检查

测试设备：500MΩ绝缘电阻测试仪一台，万用表一只。

2、转换器检查

电磁流量计如判定是转换器故障，经检查外部原因没问题的情况下，请与生产厂家一般会采取更换线路板的方式解决。

电磁流量计测量低电导率介质之实践

电磁流量计是用来测量电导率大于5μs/cm的导电性的液体介质的体积流量，电磁流量计测量原理主要是依据法拉第电磁感应定律，即当流体通过测量管，将切割磁力线感应出电动势。电动势正比于磁通量密度，测量管内径与平均流速的乘积，电动势（流量信号）由电极检出并通过电缆送至转换器，然而当测量微弱的电导率介质时，电动势就很难被感应出，通过现场实践操作方法，我们特雷默克总结出以下几点供参考：

首先是要确定被测量介质是否具有电导率；

其次是在电磁流量计安装上要严格按照产品使用说明书进行安装；

再次是在电磁流量计进行调试时将电磁流量计转换器内空管报警这一参数关闭后就可以顺利地检测出电动势。

电磁流量计口径的计算确定方法：

电磁流量计主要用于测量封闭管道内导电性的液体的体积流量，电磁流量计规定流体的zui小流速不低于0.5m/s，正常在2~4m/s，zui高不高于8m/s，因此我们在选择电磁流量计的口径时要充分考虑到在保证电磁流量计的测量精度下，选择合适的管道尺寸，那么如何确定电磁流量计的口径呢？下面我来简单介绍一下电磁流量计的口径如何确定？

本人假设现在有500m³的一池水要求在4个小时内用水泵将其排净，怎么来确定要采用多大口径的管道呢？通过上面要求的参数可以确定流量计的流量范围是：500m³除以4小时就是125m³/h 。通过流量可以计算管道口径的大概范围，即：πr²×流速（0.5~8m/s）=125m³/h,通过计算知道要抽完125m³/h的水，其口径范围在0.075m~0.2975m即DN80~DN300之间，再考虑到电磁流量计的精度要求，选流速2~4m/s为*，通过计算其口径在0.105m~0.149m，即DN100~DN150，考虑到投资等各方面因素，本人就可以确定选DN100的较适合。

插入式电磁流量计安装步骤

1. 插入式电磁流量计要求用户管道应为水平设置，传感器前至少有5DN、其后至少应有3DN的直管段。流量调节阀应位于传感器下游3DN以外。管道应明显振动，管道内壁应无明显凹凸不平。

2. 先在管道测量点处正上方开一个Ф60-62mm的孔，要求圆孔四周边缘光洁，无毛刺和气割瘤疤等。

3. 将安装件从传感器上拧下来并可靠地焊接在上述开孔处，要求：使安装件下端与管道内面齐平并且保证不漏

4. 松开传感器的3个锁紧螺钉将检测杆及检测头整体抽出待后面安装。（注意：用户不得打开检测头与插入杆的连接）

5. 在安装件的上端螺纹处缠以麻丝铅油或缠以四氟生胶带后将球阀连同密封剂锁紧机构拧紧在上面。

6. 将检测杆从上方慢慢地再插入进去，将锁紧螺母稍稍加力拧紧，压下插入杆测量L2与记录L2尺寸相同，安装就完成了。

影响因素和选型注意事项

一、各种介质对测量的影响

⑴ 流速分布的影响由流体力学知道，液体在管道内流动时，管道横截面上各点的流速是不相等的，但不管是层流还是紊流，经一定距离的直管段后，流速分速即可成为轴对称分布，流速在管轴中心处为zui大，在管壁处为零，其平均流速为V—，只要流速分布相对测量管中心轴为对称的，则在电极上产生的感应电动势大小与各点的流速分布状态无关，而只是与被测液体的平均流速成正比。因此，流速分布为轴对称是均匀磁场型电磁流量计必须满足的工作条件之一。假如流速分布相对管中心轴为非对称时，虽然总的流量相同，但在电极附近感应电动势大，所以测得的信号比实际流量值大。相反，在与电极成90°的地方感应电动势小所得的信号比实际流量值小，造成测量误差。因此，为了使流速度分布轴对称，流量计前加直管段是必要的。

⑵ 磁场边缘效应对测量的影响 若假定沿流体的流动方向上磁场始终是均匀的，实际上，这意味着沿管轴方向上的磁场为无限长而实际流量计的磁场是有限长的所以就必须考虑有限长磁场产生的边缘效应对测量的影响。假定管壁是绝缘的，电极附近磁场大致是均匀的，两端则逐渐减弱，形成不均匀的边缘，zui后下降为零。这样，使得液体内部电场E也不均匀，将产生涡电流。由涡电流所产生的二次磁通反过来改变磁场边缘部分的工作磁通使磁场的均匀性进一步遭到破坏。这时，在电极上测得的感应电动势与无限长磁场下的感应电动势大小不一样，产生了误差。假如管壁是导电的，由于导电管壁的短路作用，磁场边缘效应就会更加明显，随着管壁导电率和壁厚的变化，这种影响也将更见明显，从而导致电极上感应电动势的损失增加。对电磁流量计来说，测量管壁绝缘是非常必要的，所以管壁通常要涂上绝缘层。若被测介质中含有导磁性物质，磁场边缘效应就更复杂。由于导磁物质的存在，使磁场发生严重畸变，造成测量的非线性。所以对于所测液体中含有液态金属的，一般采用直流励磁以减少磁场边缘效应。

⑶ 被测介质电导率的影响 ，电磁流量计转换器的输入阻抗已有所提高测量导电性液体时，一般不会因介质电导率稍有变化而引起误差，但对于一定的转换器输入阻抗，被测介质的电导率有一个下限值，不能低于该下限值。被测介质的电导率太大也是不允许的。例如当电导率超过10-1S/cm左右时，就会降低流量信号，改变指示值，即指示流量值小于实际流量值。当被测介质的电导率很大时，外电路的电阻较小，这时不管转换器的输入阻抗有多高，并联的结果将取决于这部分液体外电路从而减小变送器与转换器之间的传输精度。所以，对一个电磁流量计来说，测量不受介质电导率影响是有一定范围的，被测介质电导率既不能太大，也不能太小。假如介质的电导率*，磁场边缘区将产生很大的涡电流，引起二次磁通，使工作磁场边缘区域两侧的磁场分别被削弱和增强。所以测电导率高的介质不宜用交流励磁，而应用直流激磁。随着电子技术的发展，转换器输入阻抗的提高，必将可以降低被测介质电导率的下限。

三、流量传感器的选用 电磁流量计电极材料的选用电极材料与被测介质选配不当，将由于化学作用或极化现象而影响正常测量，应根据被测介质的腐蚀性选择电极材料。 根据被测介质的腐蚀性、磨损性和温度选择电磁流量计内衬材料。尽量选择有防雷击功能的电磁流量计。

四、流量传感器安装

1、对安装场所的要求。 

1）、测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所，测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的下游，测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段。

2）、尽可能避免测量管内变成负压。

3）、选择震动小的场所，特别对一体型仪表。

4）、避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰。

5）、易于实现传感器单独接地的场所。

6）、尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体。

7）、环境温度在-25-60℃范围内，环境相对湿度在10%-9O%范围内，尽可能避免阳光直射。 

8）、液体应具有测量所需的电导率，并要求电导率分布大体上均匀。因此流量传感器安装要避开容易产生电导率不均匀场所，例如其上游附近加入药液，加液点位于传感器下游。

2 、直管段长度要求，电磁流量计对前后直管段要求比较低，对于90o弯管、T形三通、同心异径管、全开闸阀后通常只要离电极中心线，不是传感器进口端连接面>5倍直径长度的直管段，不同开度的阀则需1OD，下游直管段为3D。测量不同介质的混合液体时，混合点与流量计之间的距离zui少要大于30D.

3、安装位置和流动方向，传感器安装方向水平、垂直或倾斜均可，不受限制。但测量固、液两相流体垂直安装，自下而上流动。这样能避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重，低流速时固相沉淀等缺点。水平安装时要使电极轴线平行于地平线，防止由于液体中偶存气泡擦过遮住电极表面造成绝缘也可防止底部的电极被沉积物覆盖。垂直安装时，应使流动方向向上，这样可以使无流量或小流量时，流体中夹杂的较重固态颗粒下沉，而较轻的肢肪类物质上升离开流量计的传感器电极区。

4 、接地 传感器必须单独接地，接地电阻100Ω以下。分离型原则上接地应在传感器一侧，转换器接地应在同一接地点。