摘 要：介绍了智能电磁流量计的工作原理、安装与使用要点、智能终端的使用与智能电磁流量计的组态方法等。

关键字：智能电磁流量计 智能终端 组态

  引言

      流量测量与控制是自动控制的一个重要部分，对于降低工艺过程中原材料消耗、提高产品质量和经济效益等有着重要的意义。工业过程常用的流量计有电磁流量计、孔板流量计、涡轮流量计、超声波流量计、文丘里管等，这些流量计各有特点。尤其是电磁流量计因其测量不受被测流体密度、温度、压力、粘度和导电率变化的影响，测量值与流体的流速分布无关，精度高，测量范围宽，线性好，零点稳定，耐腐蚀，抗磨损，可在高温和水下安装等特点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。但是，电磁流量计也有其不足，安装使用不当会引起测量误差，降低控制质量。本文以横河公司的ADMAG AE（SE）系列电磁流量计为例，结合笔者的工程实践，介绍电磁流量计安装与使用的一些要点。

      1 电磁流量计的工作原理

      电磁流量计的工作以电磁感应定律为基础，即当一个导体在电磁场中运动，并且运动方向垂直于电磁场时就会产生感应电动势，所产生的感应电动势的方向垂直于导体运动和电磁场运动的方向，感应电动势的大小与导体的运动速度和磁场的磁通密度成正比。当导电流体以平均流速V（m/s）通过一根内径为D（m）的管子时，若管子内存在一个磁通密度为B（T）的磁场，那么就可产生一个垂直于电磁场方向和流体流动方向的电动势E：

                E＝DVB（V）               （1）

      容积流量Q为

            Q=πD²V/4 （m³/s）      （2）

      将式（1）代入式（2）得：

          Q=πDE/（4B）（m³/s）   （3）

      如果B是常数，那么从式（3）可看出，Q与E成正比。电磁流量转换器把电动势E放大并转换成标准的4～20mA的信号或脉冲信号输出，作为对应的流量信号输出。

      1.1 双频率励磁原理

      ADMAG AE（SE）电磁流量计采用双频率励磁原理，在电磁流量计测量管内形成含有两个频率分量的电磁场：高频励磁分量一般不受液体干扰的影响，而低频励磁分量则有着极好的零点稳定性，根据高、低频定时检测到的各分量信号经过计算，便可得到流量信号。

      电磁流量计的测量原理如图1所示，一个由高低频分量迭加而成的电磁场通过励磁线圈被施加到被测液体中，励磁波形是在一个低频矩形波上迭加一个高于市电频率的矩形波而得到的波形。在产生的电动势中，低频分量通过一个大时间常数的积分电路获得一个零稳定性好的平稳流量信号。而由浆液或低电导率流体产生的低频噪声可被不受噪声影响的高频采样电路所抑制，有着同样时间常数的流量信号经过一个差分电路以确定流速信号的变化，把这两种不同频率采样所得的信号结合起来可获得一个稳定实时的流速信号，该信号不受噪声干扰，且有较高的零点稳定性。

 

      1.2 电磁流量计的组成

      电磁流量计主要由变送器（又称一次装置、检出器或传感器）和转换器（又称二次装置或变换器）及流量显示仪表3部分组成，如图2所示。变送器的作用是将通过测量管的被测液体的流量转换为相应的感应电势。转换器则是把电磁流量变送器输出的与流量成比例的毫伏级电压信号放大，并转换成为可被工业仪表接收的标准直流电流信号或脉冲信号输出，以便与其它仪表及调节器配合，实现流量的指示、记录和运算。

2 电磁流量计的安装      

 

      电磁流量计根据电磁感应原理工作，因此安装时应远离变频器、变压器、电动机等易产生电磁干扰的设备，并保证流过流量计的液体电导率基本均匀。同时还应注意以下几方面：

      （1）要有“足够”长度的上下游直管段

      为了使现场使用的流量仪表获得与实流校验相同的精度，一定要满足规定的流动条件。电磁流量计工作时要求上游束流是充分发展的流动，下游配管件的扰动不会上溯影响测量值，即要求一定长度上下游直管段。多少才是“足够”长度？一般要求在电磁流量计上游的各种阀门、弯管、缩径管等距流量计的直管段的长度必须在5～10D以上（D是流量计的内径），下游直管段长度应在2~3D以上。只有这样才能保证上下游阀门或其它接头不会影响流态。

      （2）液体应一直充满管道

      电磁流量计可以水平、垂直或与水平成任何一角度安装，但是管路结构必须保证测量管中始终充满液体，否则就会产生误差（由其工作原理决定）。

     （3）液体中无气泡

      管路设计应确保液体中不会分离出气泡。因为阀门动作时，会使管道中的压力变化，从而产生气泡，所以，流量计应安装在阀的上游（这一点与其它测量的测控方式正好相反）。

      （4）接地

      由于电磁流量计的感应信号电压很小，容易受噪声的影响，因此流量计必须良好接地。电磁流量计都配有接地环，其作用是通过与液体接触，建立液体接地，并且保护内村，只有这样才能保证传感器的基准电位、转换器/放大器的基准电位都与被测液体电位相同，也与地电位相同，减少噪声对测量结果的影响。

      3 电磁流量计的使用

      3.1 接线

      一般的过程测量仪表都是二线制仪表，电源和信号共用两根电线。而电磁流量计则采用四线制，电源与信号线分开，既可用直流供电也可用交流供电，输出信号既有电流信号也有脉冲和报警信号，接线时必须注意，不能将电源和信号线接错，以免损坏流量计。

      3.2 参数设置

      电磁流量计从与流体的流速相对应的微小感应电压中计算出体积流量，并输出1个4～20mA的信号。为保证获得正确的信号，使用前必须设定3个参数，即通径、仪表系数和流量量程，其中前2个参数出厂时已经校好，用户不需要设定，而流量量程即输出电流为20mA时的瞬时流量值，使用前必须进行标定。此外，流量计的显示模式、报警模式等也必须设定。流量计的参数设置（组态）有两种方法：其一是利用显示面板上的按键，其二则是利用手持智能终端。

      3.2.1 面板按键设定

      ADMAG AE（SE）系列电磁流量计一般都配有显示面板，其上有6位LCD显示器、3只按键和状态指示灯等。利用SET、SHIFT和INC三个键的组合就可以设定所有的参数，如显示模式、显示单位、量程等。具体设定应参照电磁流量计的使用手册。

      3.2.2 BT智能终端设定

      具有智能通信功能的仪表能与智能终端通信。横河的智能终端有BT100、BT200等型号，简称BT智能终端，它们采用BRAIN协议，将1个±2mA。2.4kHz的调制信号选加到4～20mA的模拟信号上用作信号传输。由于调制信号是交流信号，所以迭加不会影响模拟信号的数值。

      BT智能终端与流量计的连接有两种方式：其一是直接与流量计端盖下面的BT端子相连，这种方式适用于现场调试或流量计不具备智能通信功能的情况；其二是与4~20mA直流信号线的连接，BT智能终端可以连接在从控制柜到流量计信号线的任何位置，最大距离可达2km，只要保证整个回路的负载电阻在250～750Ω之间，就可以可靠地通信。这种方式操作者不必去现场，在控制室就可对流量计迸行设置和在线监测，是使用最多的一种方式。

      BT智能终端采用菜单式操作，可以随时显示和修改电磁流量计的各种参数，其基本的操作有：

      （1）流量计自检：任何流量计在使用以前或出现故障时，应首先进行自检，利用流量计的自检功能，可以了解流量计的状态，确定故障的内容和范围，以便检修和维护。只有自检正常的仪表才可正常工作。

      （2）量程调整：流量计在使用以前和使用一段时间以后，必须调校零点和量程，保证流量计输出的20mA对应最大瞬时流量。无流量时输出为4mA，即获得一个与流量成正比的4～20mA信号，减少测量和转换误差。

      （3）显示方式设置：流量计的显示方式可以根据需要进行设置，如显示的位数、显示的单位、显示瞬时流量或累积流量、显示量值的大小或其百分比等，用户可根据需要选择。

      （4）报警设置：可以预先根据需要设定报警电流的大小，选择报警输出的方式，设定报警状态等，以便在流量计出现故障时提醒操作者及时处理，避免故障进一步扩大。

      （5）其它设置：操作者还可根据实际情况设定流量计的时间常数，消除脉动流，改变液体的流向等。