外插式電磁流量計(jì)的工作原理與應(yīng)用場景全面解析

一、什么是外插式電磁流量計(jì)？

首先，我們需要理解“外插式”的含義。傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)是管段式的，即傳感器與管道是一體的，需要切斷管道進(jìn)行安裝。而外插式電磁流量計(jì)是一種非接觸式、非侵入式的流量測量儀表。

它的核心特點(diǎn)是：其傳感器（即測量電極和勵磁線圈）并不直接與被測流體接觸，而是從管道外部夾持或粘貼在管壁上，通過管壁來感知流體產(chǎn)生的信號。 這種設(shè)計(jì)使其安裝和維護(hù)極其方便，無需停產(chǎn)、斷管或破管。

二、工作原理

外插式電磁流量計(jì)的工作原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律，這與所有電磁流量計(jì)的核心原理一致。

1. 核心定律：法拉第電磁感應(yīng)定律
定律指出：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在電磁流量計(jì)中，這個“導(dǎo)體”就是導(dǎo)電的流體。

2. 工作過程：

• 產(chǎn)生磁場： 流量計(jì)通過夾在管道外部的勵磁線圈，周期性地向流體施加一個穩(wěn)定的交變磁場（通常是雙向矩形波磁場）。這個磁場能穿透非金屬管道壁（或絕緣襯里的金屬管）進(jìn)入流體。

• 切割磁感線： 當(dāng)導(dǎo)電的流體以速度V流過這個磁場時(shí)，流體的微粒（可視為導(dǎo)體）就在垂直方向上切割磁感線。

• 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢： 根據(jù)法拉第定律，在流體中會產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢（E），這個電動勢的方向垂直于磁場方向和流體流動方向，符合“右手定則”。

• 檢測信號： 同樣夾在管道外壁的一對電極（與流體非接觸）檢測到這個微弱的感應(yīng)電動勢（E）。

• 計(jì)算流量： 感應(yīng)電動勢E的大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度B、流體平均流速V以及兩個電極間的距離（可視為管徑D）成正比，即：
  E = k * B * D * V
  其中，k為常數(shù)。由于B和D是已知的，因此測得的E與流速V成正比。知道了流速V和管道截面積，就能計(jì)算出體積流量：
  Q = π * (D/2)² * V

3. 外插式的特殊挑戰(zhàn)與解決方案：
與傳統(tǒng)內(nèi)貼電極的電磁流量計(jì)不同，外插式的電極和線圈與流體之間隔著一層管壁。這帶來了兩個主要挑戰(zhàn)：

• 信號衰減： 管壁會導(dǎo)致感應(yīng)電動勢信號大幅衰減。

• 信噪比低： 衰減后的有用信號非常微弱，極易被外界電磁干擾淹沒。

為了解決這些問題，外插式電磁流量計(jì)通常采用：

• 高功率勵磁技術(shù)： 產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場以穿透管壁。

• 高性能信號處理電路： 包括高輸入阻抗放大器、濾波技術(shù)和先進(jìn)的數(shù)字信號處理（DSP）算法，從噪聲中提取出有效的流量信號。

三、主要特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

1. 真正的無創(chuàng)安裝： 最大優(yōu)點(diǎn)。無需切割或停止管道運(yùn)行，大大節(jié)省安裝時(shí)間和成本，特別適用于現(xiàn)有管道的改造。

2. 無壓損： 傳感器在管道外部，不產(chǎn)生任何壓力損失。

3. 無堵塞、無磨損： 不與流體接觸，適用于測量含有顆粒、纖維、腐蝕性的流體，不會發(fā)生堵塞或腐蝕傳感器的問題。

4. 維護(hù)方便： 校準(zhǔn)、檢修或更換傳感器時(shí)，無需拆卸管道。

5. 多功能性： 一臺主機(jī)通?？梢耘涠鄠€傳感器，用于測量不同地點(diǎn)的管道流量，性價(jià)比高。

缺點(diǎn)與局限性：

1. 測量精度相對較低： 由于信號衰減和管壁影響，其精度通常低于管段式電磁流量計(jì)，一般用于過程監(jiān)控而非貿(mào)易結(jié)算。

2. 對管道條件要求高：

   • 管材必須是非導(dǎo)磁材料，如塑料、玻璃鋼、水泥、橡膠襯里金屬管等。無法用于普通碳鋼等導(dǎo)磁金屬管道（磁場會被屏蔽）。

   • 管道內(nèi)壁需要光滑清潔，內(nèi)襯層不能太厚。

   • 管道必須充滿流體。

3. 對流體有要求： 流體必須具有一定的電導(dǎo)率（通常 > 5 μS/cm），不能測量石油、天然氣、純水等電導(dǎo)率極低的介質(zhì)。

4. 安裝要求嚴(yán)格： 傳感器安裝位置需要準(zhǔn)確，需要良好的接地措施以減少干擾，對安裝人員的技術(shù)水平要求較高。

四、應(yīng)用場景

外插式電磁流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)決定了其典型的應(yīng)用領(lǐng)域，主要用于對安裝便利性要求高、對精度要求為中等水平的場合。

1. 水處理與環(huán)保行業(yè)：

   • 原水/污水測量： 測量含有大量雜質(zhì)、顆粒的工業(yè)廢水、生活污水，避免堵塞。

   • 混凝劑、藥液添加： 測量腐蝕性的化學(xué)藥液流量。

   • 泥漿、污泥測量： 在脫水等工藝流程中測量高濃度泥漿。

2. 工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控：

   • 腐蝕性化學(xué)品： 如酸、堿、鹽溶液等，保護(hù)傳感器不被腐蝕。

   • 漿液類流體： 如紙漿、礦漿、食品漿料等。

   • 循環(huán)水系統(tǒng)： 對工廠冷卻水、循環(huán)水進(jìn)行流量監(jiān)測和能耗管理。

3. 現(xiàn)有管道系統(tǒng)改造與臨時(shí)測量：

   • 在不允許停產(chǎn)的現(xiàn)有管道上增加流量測量點(diǎn)。

   • 作為臨時(shí)測量工具，用于系統(tǒng)平衡調(diào)試、故障診斷或能源審計(jì)。

4. 食品與制藥行業(yè)：

   • 測量果汁、奶制品、糖漿等需要保持衛(wèi)生、避免污染介質(zhì)的流量。管道易于清洗（CIP），傳感器不接觸流體。

5. 水利灌溉：

   • 測量大型農(nóng)用灌溉管道中的水量。

總結(jié)

總而言之，外插式電磁流量計(jì)是一種以安裝便利性為核心價(jià)值的工具，它犧牲了一部分精度，換來了極大的應(yīng)用靈活性和對苛刻流體的適應(yīng)性。在選擇時(shí)，必須嚴(yán)格評估其應(yīng)用場景是否滿足其工作條件（如管材、電導(dǎo)率等）。如想了解更多流量計(jì)相關(guān)信息或者流量計(jì)選型，可咨詢艾絲特流量計(jì)廠家技術(shù)客服：180 1926 2426（微信同號）獲取幫助。