电磁流量计在铅铋合金流量测量中的应用

电磁流量计采用法拉第电磁感应原理，利用磁体在管道两侧形成均匀稳定磁场B，并穿过管道内部，磁场在管道内均匀分布。铅铋流体在流动过程中，切割磁感应线，产生感应电势E。感应电势与流速成正比关系，通过管道内径d、磁场强度B等参数，即可实现对管内铅铋合金流量测量。电磁流量计根据励磁方式不同，分为直流式电磁流量计和交流式电磁流量计。

1、直流式电磁流量计

直流式电磁流量计磁场方向保持不变，通常采用永磁体进行作为磁场源。根据测量原理，直流式电磁流量计包含两个系统。磁路系统产生磁场，信号采集系统采集信号。因此流量计结构简单、信号稳定性强且受到铅铋流体流动特征影响小，成为了国际上铅铋流量测量主要方式。意大利的CHEOPE和LECOR回路、瑞典的LISOR回路和德国的THESYS回路均采用了永磁式电磁流量计检测流量。

ENEA在研究电磁流量计测量金属流体时，发现流量测量精度受到边界条件润湿性能的影响，致使铅铋合金流动状态不稳定，截面流速分布不均匀，不利于平均流速的检测。流量计在使用过程中，为保证测量精度，需要定期校准。同时ENEA还在LECOR回路流量测量中发现，电磁流量计管壁内生成不导电氧化层，随着氧化层的逐步生长扩大，流量计测量精度逐步降低直到完全失效。而在冷端的流量计还能保持运行，则是因为冷端流量计的运行温度较低，氧化层的生长较为缓慢，并且管道直径相对较大，氧化层完成覆盖管道表面所需时间更长，因此保持运行。

电磁流量计信号采集方式决定了铅铋流体、管道和电极组成的信号传输通道具有高电导率。而腐蚀作用产生的腐蚀产物为绝缘氧化层，能够阻碍甚至隔断电势信号的输出，最终使流量计失去测量功能。

2、交流式电磁流量计

交流式电磁流量计与直流式不同之处在于励磁方式，采用交流电对线圈进行通电。线圈内部磁场处于动态变换过程，磁场方向也随电流方向更改而变化。测量方式与直流式测量感应电势信号不同，金属流体在交变电场中产生感应磁场，此感应磁场在一阶近似的情况下，与流量成正比关系。相比于直流式最大的优点是不需要时间分辨率高的传感器即可实现对流量的精确测量。但是由于信号传输的特点，需要传感器与流体之间采用一层绝缘层进行隔离，避免信号被分流影响测试精度，因此对于流量计结构材料的兼容性有极高要求。

德国的KIT在其试验装置中安装了一台非接触式相变电磁流量计，金属流体穿过两个交变励磁线圈，产生两个存在相位差的感应磁场。利用感应磁场相位差与流量的正比关系，实现对管内流体的检测。经过在镓铟砷回路和钠回路中进行试验，发现镓铟砷磁雷诺数超过0.1，钠回路雷诺数超过0.35时，流量与相位差即失去线性关系。影响使得最终流量计测量误差达到5%。

电磁流量计突出特点是结构简单、输出信号稳定。但是由于铅铋合金对管道的氧化作用，使得信号输出随时间呈现衰减，并且温度的变化造成传感器各金属零部件电导率改变和测量管内径的变化，因此，流量计需要进行周期性标定修正温度和氧化带来误差。

审核编辑：汤梓红