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余行良，程留恩

1  引言
由北京佛利蒙特自動化有限公司生產的一種創新性的電磁流量計傳感器F2系列，其元件的完全固態封裝，對內襯損壞和介質附著于電極的更強的適應性，高的勵磁電流和頻率，參考線圈的應用，一體化的接地電極，多個傳感器合用及便宜的價格和方便的安裝等諸多優點，使它成為電磁流量計最新發展的標志。
2  傳感器的組成
此種傳感器由勵磁線圈、參考線圈、軟鐵芯、2個測量電極和1個接地電極組成。它們被放在Polyurethane、FEP、PVDF等材料制做的外殼里，內部用絕緣材料完全固態封裝，且有較高強度。
傳感器有不同的尺寸以適應不同口徑的管道。 

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。對不同口徑管道可選用1～4個傳感器。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個傳感器時）。 

圖2  傳感器配流量管安裝示例圖

4  特點
(1)  傳感器元件完全封裝
因為設計功耗小于10W，傳感器內元件的溫升很小，所以允許元件完全被封裝在傳感器內。封裝材料不僅絕緣且有較高強度，防止了傳感器組件相對于流量管和電極的任何微小位移，即使是在很強的振動條件下，對測量也沒有實際影響，且不易損壞。
(2)  對流量管及內襯的要求
傳感器可不配流量管安裝。在配流量管的情況下，流量管可不配內襯。這樣價格低，適于真空條件，可長期應用于高流速場合。
流量管內襯的損壞不影響傳感器的測量功能，測量的精度取決于損壞的內襯對流動狀態影響的大小。而對傳統電磁流量計，內襯損壞或電極的密封出現問題，將導致勵磁線圈故障，使測量信號完全喪失。
(3)  介質附著于傳感器電極
流體介質附著于電極，即使完全附著，只要附著物導電，就不影響測量。對大部分介質而言，信號衰減引起的精度損失很小，這是由于在高的勵磁電流和頻率下，產生了高的信號強度，保證比一般電磁流量計在同樣情況下，使用壽命更長。
標準長度的電極對一般流體的附著已有令人滿意的應用，對于附著物變硬的介質（如黑液），可用加長電極（約9mm），能用更長時間，且易于清洗。其它電磁流量計一般不能用加長電極，因為這樣會使介質與電極磨擦產生的電噪聲成倍加大，使信號不穩。
(4)  高的勵磁電流和勵磁頻率
傳感器的勵磁電流5A，勵磁頻率33Hz（50Hz供電）。較高的勵磁電流和勵磁頻率產生了高的信噪比，一般高于傳統脈沖直流勵磁系統10～30倍，高于交流勵磁系統3倍。大大提高了信號的穩定性，改進了對難以測量介質的流量測量。最適于泥漿、紙漿、礦漿等易產生噪聲和低電導率（0.008µS/cm）介質的流量測量，時間常數高達0.03秒，適于罐裝控制。
(5)  參考線圈
傳感器有一個獨特的參考線圈，通過此線圈可以對環境及介質溫度變化和流體中存在磁性顆粒對測量信號的影響進行補償，保證測量的可靠和精確。
(6)  一體化接地電極
每個傳感器都有一個接地電極，接地電極將流量管、過程管道和轉換器的地線連接在一起，防止干擾信號影響輸出。
一般情況下，即使將傳感器安裝在不導電的管道上，也不需要另外接地。接地電極的使用在傳統電磁流量計上是少見的，因為它提供的接地面積太小，對很多情況無效。這種傳感器要求的接地面積比傳統電磁流量計小得多，使接地電極的應用在很多情況下是有效的。對傳感器和轉換器的距離在30m以上或管道與信號屏蔽間存在電勢的情況，可用一個接地環安裝于流量管上游，而上述情況下一般電磁流量計需要2個接地環。但對陰極保護管道，這種傳感器也要用2個接地環。
(7)  多個傳感器合用
對不同口徑管道可選用1～4個傳感器，一般口徑使用2個傳感器。由于每個傳感器都能獨立工作，使流量計的可靠性大大增加。如果一個傳感器的電極損壞，另一個傳感器也能提供1%~3%精度的測量信號，重復性不變。如果一個傳感器的勵磁線圈損壞，則一般不能進行測量，但也可以在不斷流的情況下，通過重新接線而恢復測量，提供10%以內的精度，重復性不變。
(8)  價格便宜，安裝方便
這種傳感器價格便宜，備件費用低，需要備件時僅庫存一些傳感器即可。無需特別培訓及工具，即可現場安裝或更換傳感器。只要備用的傳感器和流量管一起校驗過，就能得到同樣的精度。傳感器被清洗后重新安裝也無需校驗。
另外，越是大口徑管道，相應的流量計價格越低、安裝越方便且安裝費用也越低。
5  與插入式電磁流量計的比較
這種電磁流量計的傳感器外觀類似于插入式電磁流量計，安裝也相似，在主管道上開孔，將傳感器插入即可，但實際上兩者有著極大的差異。首先，磁場不一樣。一般插入式電磁流量計只在探頭頂端產生點狀磁場，測量的只是很小區域內的流速，因此精度不高，一般為2%；而這種電磁流量傳感器，單個使用時磁場已充滿一半管道，兩個同時應用時，磁場可充滿整個管道（見圖3），測量的是整個管道內的平均流速，精度可達0.5%，與管道式電磁流量計的精度一樣。另外由于上述諸多新的特點，使這種電磁流量計有了更優越的性能，應用的實踐也證明了這一點。 

圖3  流量管內磁場分布圖