1 簡介
　　如果要測量的是導(dǎo)電液體的體積流量，那么電磁流量計(EMF)就應(yīng)該是最佳選擇。無需太多思考，所有應(yīng)用中大約80%可以應(yīng)用脈沖直流場勵磁（磁場線圈勵磁類型）技術(shù)，比如水的連續(xù)流量測量。然而，有一些應(yīng)用中，由于它們的物理或者流體特性，需要采用具有交流磁場勵磁的電磁流量計。除其他應(yīng)用以外，對具有高的固體含量或者具有非常低的電導(dǎo)率的流體的應(yīng)用也包含在其中（見圖1-1）。
 

　　

　　圖1-1 脫墨過程中的（DIP）交流磁場電磁流量計

　　
　　在過去的十多年中，電磁流量計已經(jīng)在工業(yè)上幾乎所有工段上得到證實和測試。由于電磁流量計具有光滑無阻力的導(dǎo)管、無附加壓降并且易于清洗，因此受到用戶的廣泛歡迎。測量技術(shù)需求的高、低依賴于所采用的工段。例如在造紙機中，為了實施精確操作以對出紙速度進行控制并達到需求的紙張質(zhì)量，獲取紙漿流量的無阻尼、無噪聲信號是非常重要的。在水果酸奶生產(chǎn)的混合應(yīng)用上，產(chǎn)生無峰輸出信號是必須的，否則的話將不可能完成水果和“白色結(jié)塊”酸奶的正確混合。
　　直流脈沖勵磁電磁流量計常常硬生生應(yīng)用在這些有限制的應(yīng)用中。其結(jié)果就是在過程中產(chǎn)生大噪聲或者多峰值的信號，而導(dǎo)致不精確或較差的重復(fù)性。
　　
　　2 電磁流量計操作原理
　　電磁流量計的測量原理基于法拉第感應(yīng)定律：導(dǎo)體經(jīng)過磁場產(chǎn)生電壓。該原理適用于導(dǎo)電流體流經(jīng)由一對磁場線圈產(chǎn)生的垂直于流動方向的磁場時的情況。流體所產(chǎn)生的電壓被管徑兩端相對電極測量。所測信號電壓與磁感強度、電極間距和流體速度成比例。由于磁感強度和電極間距固定，因此流動速度和信號電壓互成比例。又因為體積流量可以由平均流動速度和流動面積計算而得，因此體積流量和信號電壓成線形比例關(guān)系。感應(yīng)電壓信號在轉(zhuǎn)換器中被轉(zhuǎn)換成定標(biāo)的模擬和數(shù)字信號。
　　
　　共有兩種磁感線圈勵磁類型：直流脈沖和交流型式。（如圖2-1所示）。在直流脈沖磁場勵磁電磁流量計中，磁場線圈的電流在預(yù)定時間間隔處變換極性。由于每個周期電流上升段的變化電流原因，測量窗口被限制在勵磁時間的25%，也就是說，流量信號只有在這段時間間隔內(nèi)才是整定的。這種直流脈沖勵磁電磁流量計通常應(yīng)用在頻率在6.25~25Hz之間的情況。
 

　　

　　圖2-1滯留脈沖磁場勵磁和交流磁場勵磁的比較

　　
　　3 更多需求應(yīng)用
　　上面提到的脈沖直流磁場勵磁電磁流量計受到又限制應(yīng)用，比如說在多相流體上的應(yīng)用，如圖4-1所示。在圖中給出了該流體在電極上的噪聲頻譜。在脈沖直流場儀表（25Hz內(nèi)）的操作范圍內(nèi)，噪聲含量是最大的。另外，場勵磁頻率所產(chǎn)生的奇數(shù)諧波也必須得到處理。這些也造成了噪音的增加和電磁流量計輸出信號的不穩(wěn)定性。
　　
　　4 用交流場技術(shù)作為補救
　　交流場勵磁電磁流量計的磁感線圈是由交流電源供電的。因為它的勵磁頻率要比直流脈沖勵磁頻率要高出很多，所以前面所提到的直流勵磁脈沖的局限性就不復(fù)存在了，如圖2-1。其測量窗口幾乎接近100%，即流速整定在勵磁跨越零的時候就開始了，而且它還是連續(xù)的。而且除了這些優(yōu)點以外，由于磁感線圈通常工作在線頻率下，所以它還具有了對線頻噪聲信號的增強靈敏性（如圖4-1）。交流系統(tǒng)和脈沖直流系統(tǒng)相比來說額外的缺陷就是在精確性上有一定降低。
 

　　

　　圖4-1多象液體噪音頻譜

　　
　　5 交流場勵磁恢復(fù)生機
　　交流場勵磁的近期新發(fā)展增強了它的性能，重點是消除了交流場勵磁系統(tǒng)的缺陷。其中將勵磁頻率增加到70Hz實現(xiàn)了部分發(fā)展(見圖4-1中的fNew)，而進一步的發(fā)展則是由于采用了帶有窄帶濾波器的現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)。為了在精確性上得到顯著改善，不但要對轉(zhuǎn)換器進行重新設(shè)計，流量計的主體也要進行優(yōu)化。可以通過再運用一個線圈來測量場強，通過液體溫度獨立渦流效應(yīng)來進行補償。同時，流量計主體接線盒中的所有的校正，和降噪模塊都被取消了。
　　如圖5-1所示，交流場電磁流量計FSM4000就是這次優(yōu)化的產(chǎn)物，抑制噪聲的能力得到了改進，精確性從2%改進到了0.5%，同時零點穩(wěn)定性也得到了驚人的改進。
　　由于采用了獨立于線頻率磁感線圈供電電流，因此使得交流場儀表第一次可以由24V直流電壓供電。由于經(jīng)過了各種各樣的更新，對向后兼容性作了很多考慮，所以這些新的轉(zhuǎn)換器甚至可以由20年前的儀表進行操作。這些儀表適用的型號范圍從DN1到DN1000（1/25”到40”）。流量計的套管可以選擇PFA/PTFE/硬或軟橡膠或者是特出的”碳化陶瓷”（用于高度研磨流體）材料。對不銹鋼儀表主體來說，適用于不同的通過3A認證和EHEDG核準(zhǔn)的過程連接。另外，基準(zhǔn)規(guī)格現(xiàn)在包括的液體最低導(dǎo)電率是20μS/cm或者0.5μS/cm。
 

　

　　圖5－1：交流場電磁流量計FSM4000

　　
　　6 擴展應(yīng)用系列
　　由于能夠?qū)α髁啃盘栠M行幾乎連續(xù)的整定，使得沖擊頻率高達400沖/分的脈動流（由活塞，震動膜和軟管泵產(chǎn)生）實際上都能毫無差錯的得到測量。為了在這些場合中應(yīng)用，脈沖直流場儀器必須在較高的頻率下工作（例如25hz），即便這樣，脈動流的測量被限制在大約140沖/分以內(nèi)。
　　用3.6%的紙漿和5%的空氣流體做實驗時，誤差小于1%。脈沖直流場儀表在這種場合（由于它們沒有集成所有信號的能力）應(yīng)用時表現(xiàn)出兩個位數(shù)的誤差。具有極其低傳導(dǎo)性（例如：液糖）和/或具有極端內(nèi)部噪聲（例如：蒸餾水）的流體的測量精度在0.5uS/cm以上。具有在紙漿中高達15%otro或者在泥漿中有高達22% TS的固體組分流體都可以被有效測量。
　　
　　7 總結(jié)
　　盡管當(dāng)前優(yōu)化脈沖直流場系統(tǒng)和交流場電動勢系統(tǒng)在解決困難應(yīng)用問題時已經(jīng)有了重要的地位。具有脈沖直流場技術(shù)的系統(tǒng)（由于沒有集成所有信號的能力和較差的信噪比）仍然不能滿足整個系統(tǒng)應(yīng)用系列范圍的需求，尤其是在較大直徑（> DN200）應(yīng)用場合激勵頻率被磁場系統(tǒng)所限制（參考圖４-１）。
　　由于交流場技術(shù)上的革新，一些限制（不穩(wěn)定的零點，比脈沖直流場儀表精度低，非24V直流供電）都被解決。因此FSM4000定義了新的交流場市場標(biāo)準(zhǔn)。