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余行良，程留恩

1  引言
由北京佛利蒙特自動(dòng)化有限公司生產(chǎn)的一種創(chuàng)新性的電磁流量計(jì)傳感器F2系列，其元件的完全固態(tài)封裝，對(duì)內(nèi)襯損壞和介質(zhì)附著于電極的更強(qiáng)的適應(yīng)性，高的勵(lì)磁電流和頻率，參考線圈的應(yīng)用，一體化的接地電極，多個(gè)傳感器合用及便宜的價(jià)格和方便的安裝等諸多優(yōu)點(diǎn)，使它成為電磁流量計(jì)最新發(fā)展的標(biāo)志。
2  傳感器的組成
此種傳感器由勵(lì)磁線圈、參考線圈、軟鐵芯、2個(gè)測(cè)量電極和1個(gè)接地電極組成。它們被放在Polyurethane、FEP、PVDF等材料制做的外殼里，內(nèi)部用絕緣材料完全固態(tài)封裝，且有較高強(qiáng)度。
傳感器有不同的尺寸以適應(yīng)不同口徑的管道。 

圖1  傳感器外觀圖

其外型如圖1所示。
3  兩種安裝方式
(1)  直接安裝在管道上，金屬（非鐵管）或塑料管道均可。
(2)  可配流量管后安裝在管道上。
流量管可用碳鋼、不銹鋼、PVC制做。對(duì)不同口徑管道可選用1～4個(gè)傳感器。流量管可按用戶要求的任何口徑制做。
傳感器與流量管的安裝情況如圖2所示（2個(gè)傳感器時(shí)）。 

圖2  傳感器配流量管安裝示例圖

4  特點(diǎn)
(1)  傳感器元件完全封裝
因?yàn)樵O(shè)計(jì)功耗小于10W，傳感器內(nèi)元件的溫升很小，所以允許元件完全被封裝在傳感器內(nèi)。封裝材料不僅絕緣且有較高強(qiáng)度，防止了傳感器組件相對(duì)于流量管和電極的任何微小位移，即使是在很強(qiáng)的振動(dòng)條件下，對(duì)測(cè)量也沒(méi)有實(shí)際影響，且不易損壞。
(2)  對(duì)流量管及內(nèi)襯的要求
傳感器可不配流量管安裝。在配流量管的情況下，流量管可不配內(nèi)襯。這樣價(jià)格低，適于真空條件，可長(zhǎng)期應(yīng)用于高流速場(chǎng)合。
流量管內(nèi)襯的損壞不影響傳感器的測(cè)量功能，測(cè)量的精度取決于損壞的內(nèi)襯對(duì)流動(dòng)狀態(tài)影響的大小。而對(duì)傳統(tǒng)電磁流量計(jì)，內(nèi)襯損壞或電極的密封出現(xiàn)問(wèn)題，將導(dǎo)致勵(lì)磁線圈故障，使測(cè)量信號(hào)完全喪失。
(3)  介質(zhì)附著于傳感器電極
流體介質(zhì)附著于電極，即使完全附著，只要附著物導(dǎo)電，就不影響測(cè)量。對(duì)大部分介質(zhì)而言，信號(hào)衰減引起的精度損失很小，這是由于在高的勵(lì)磁電流和頻率下，產(chǎn)生了高的信號(hào)強(qiáng)度，保證比一般電磁流量計(jì)在同樣情況下，使用壽命更長(zhǎng)。
標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的電極對(duì)一般流體的附著已有令人滿意的應(yīng)用，對(duì)于附著物變硬的介質(zhì)（如黑液），可用加長(zhǎng)電極（約9mm），能用更長(zhǎng)時(shí)間，且易于清洗。其它電磁流量計(jì)一般不能用加長(zhǎng)電極，因?yàn)檫@樣會(huì)使介質(zhì)與電極磨擦產(chǎn)生的電噪聲成倍加大，使信號(hào)不穩(wěn)。
(4)  高的勵(lì)磁電流和勵(lì)磁頻率
傳感器的勵(lì)磁電流5A，勵(lì)磁頻率33Hz（50Hz供電）。較高的勵(lì)磁電流和勵(lì)磁頻率產(chǎn)生了高的信噪比，一般高于傳統(tǒng)脈沖直流勵(lì)磁系統(tǒng)10～30倍，高于交流勵(lì)磁系統(tǒng)3倍。大大提高了信號(hào)的穩(wěn)定性，改進(jìn)了對(duì)難以測(cè)量介質(zhì)的流量測(cè)量。最適于泥漿、紙漿、礦漿等易產(chǎn)生噪聲和低電導(dǎo)率（0.008µS/cm）介質(zhì)的流量測(cè)量，時(shí)間常數(shù)高達(dá)0.03秒，適于罐裝控制。
(5)  參考線圈
傳感器有一個(gè)獨(dú)特的參考線圈，通過(guò)此線圈可以對(duì)環(huán)境及介質(zhì)溫度變化和流體中存在磁性顆粒對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響進(jìn)行補(bǔ)償，保證測(cè)量的可靠和精確。
(6)  一體化接地電極
每個(gè)傳感器都有一個(gè)接地電極，接地電極將流量管、過(guò)程管道和轉(zhuǎn)換器的地線連接在一起，防止干擾信號(hào)影響輸出。
一般情況下，即使將傳感器安裝在不導(dǎo)電的管道上，也不需要另外接地。接地電極的使用在傳統(tǒng)電磁流量計(jì)上是少見(jiàn)的，因?yàn)樗峁┑慕拥孛娣e太小，對(duì)很多情況無(wú)效。這種傳感器要求的接地面積比傳統(tǒng)電磁流量計(jì)小得多，使接地電極的應(yīng)用在很多情況下是有效的。對(duì)傳感器和轉(zhuǎn)換器的距離在30m以上或管道與信號(hào)屏蔽間存在電勢(shì)的情況，可用一個(gè)接地環(huán)安裝于流量管上游，而上述情況下一般電磁流量計(jì)需要2個(gè)接地環(huán)。但對(duì)陰極保護(hù)管道，這種傳感器也要用2個(gè)接地環(huán)。
(7)  多個(gè)傳感器合用
對(duì)不同口徑管道可選用1～4個(gè)傳感器，一般口徑使用2個(gè)傳感器。由于每個(gè)傳感器都能獨(dú)立工作，使流量計(jì)的可靠性大大增加。如果一個(gè)傳感器的電極損壞，另一個(gè)傳感器也能提供1%~3%精度的測(cè)量信號(hào)，重復(fù)性不變。如果一個(gè)傳感器的勵(lì)磁線圈損壞，則一般不能進(jìn)行測(cè)量，但也可以在不斷流的情況下，通過(guò)重新接線而恢復(fù)測(cè)量，提供10%以內(nèi)的精度，重復(fù)性不變。
(8)  價(jià)格便宜，安裝方便
這種傳感器價(jià)格便宜，備件費(fèi)用低，需要備件時(shí)僅庫(kù)存一些傳感器即可。無(wú)需特別培訓(xùn)及工具，即可現(xiàn)場(chǎng)安裝或更換傳感器。只要備用的傳感器和流量管一起校驗(yàn)過(guò)，就能得到同樣的精度。傳感器被清洗后重新安裝也無(wú)需校驗(yàn)。
另外，越是大口徑管道，相應(yīng)的流量計(jì)價(jià)格越低、安裝越方便且安裝費(fèi)用也越低。
5  與插入式電磁流量計(jì)的比較
這種電磁流量計(jì)的傳感器外觀類似于插入式電磁流量計(jì)，安裝也相似，在主管道上開(kāi)孔，將傳感器插入即可，但實(shí)際上兩者有著極大的差異。首先，磁場(chǎng)不一樣。一般插入式電磁流量計(jì)只在探頭頂端產(chǎn)生點(diǎn)狀磁場(chǎng)，測(cè)量的只是很小區(qū)域內(nèi)的流速，因此精度不高，一般為2%；而這種電磁流量傳感器，單個(gè)使用時(shí)磁場(chǎng)已充滿一半管道，兩個(gè)同時(shí)應(yīng)用時(shí)，磁場(chǎng)可充滿整個(gè)管道（見(jiàn)圖3），測(cè)量的是整個(gè)管道內(nèi)的平均流速，精度可達(dá)0.5%，與管道式電磁流量計(jì)的精度一樣。另外由于上述諸多新的特點(diǎn)，使這種電磁流量計(jì)有了更優(yōu)越的性能，應(yīng)用的實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)。 

圖3  流量管內(nèi)磁場(chǎng)分布圖