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摘要：防爆电磁流量计广泛应用于舰船、化工、石油、水泥、医药等领域，其具有结构简单、测量范围大、精度优点，然而其使用场所环境恶劣，为了保证其性能以及降低能耗,介绍了电磁流量计设计基本原理、防爆电路设舰船外壳盐及防护方法，并磁线圈仿真，该仿真可以作为励磁系的模型！电磁流量计设计效率。
0引言
　　流量计是测量流体在一段时间过的体积或者质量的仪器，对于生产过程非常关键。随着技术快速发展，流量计类越来越多，比如电磁流量计、超声波量计、热式流量计以及震动流量计等，电磁流量计以其简单的结构、可靠性高、精度高等优点，在生产和生活用比例占60%以上。然而，由于在舰船中其经常处于潮湿、腐蚀的使用环境，为此电磁流量计的防爆性能设计降低流量计电池耗能成为热点。
1电磁流量计设计基本原理
　　电磁流量计是通过利用法拉第电磁感应定律设计，图1为电磁流量计结构示意图，管内为导电性，励磁线圈为闭合回路，依据麦克斯韦电磁场理论，产生工作磁场。
对于直导体，在磁场中产生的感应电动势E

式中，B--磁感应强度;D一导体长度;.V一运动速度。
　　图2为流体流动方向、磁场方向和感应电动势方向，符合右手规律，感电动势大小见式（1)，对于管道内流体流量Q大小见式(2)

将式(2)中V求出，带入式(1)可得

由式(3)可知，管道尺寸确定，感应电动势E与流量Q成正比。


2防爆电路设计
　　依据释放源存在部位、释放数量、扩散情况和通风情况等条件，爆炸场所可分为0区、1区和2区，对于矿用产品，可以用于0区、1区和2区，对于矿用产品，可以用于0区的产品防爆类型只有本质安全性，对于用于0区的防爆电磁流量计，防爆性能至关重要。
　　本质安全型电气设备是指在正常运行和规定的故障条件下，所产生的火花或者热效应均不能点燃爆炸性气体合物的电气设备[2]，本安电路设计时要从两方面考虑，一是对本案和非本案部件进行隔离；二是能量限制。
　　GB3836.4—2010求的隔离包括爬电距离、电气间隙和接地等要求，比在GB3836.4—2010表5中，依据电压值来设计电气间隙、爬电距离以及合适的CTI值绝缘材料。能量限制主要涉及到元件额定值选择，依据GB3836.4—2010，电分为电阻性电路、电感性电路和电容性电路，图3所示。电磁流量计感器电气部分由连个线圈组成，包括电阻和电感，依据GB3836.4—2010图A1中，根据电磁流量计防爆类型和电源电压，确定最小点燃电流，比如设计工作电压为18V的IIC类本安电路，点燃电流为0.66A，此外，要是电路虑安全系数，若是安全系数为1.5,则最大电流应小于0.44A。根据GB3836.4—2010图A6,依据电压和电流，选择合适电感值，对于18V、0.44A的电感电路，电感设计应在0.8mH以下。

　　为了无论电路在正常工作状态还是故障状态，使安端有定压和定流输出特性，如图4所示。选择合适二极管安全栅或者齐纳安全栅，若励磁信号是周期性双向电流，可以选择TVS管。

3励磁线圈仿真
　　利用COMSOL仿真软件，对弯圆形、弯菱形和马鞍形线圈进行仿真，采用相同线圈材料材质和相同用料量，并在相同励磁电流、励磁频率条件下，比较励磁线圈产生的工作磁场强度分布情况。
首先建立仿真几何模型，如图5所示，为弯圆形励磁线圈模型，进行电特性、磁特性和边界条件设置，进行网格分析划分等步骤，最后仿真可的磁场分布情况，图6为磁力线分布，图7为磁感应强度分布。对于弯菱形和马鞍型线圈采用相同步骤进行仿真模拟，如图8所示，为马鞍型励磁线圈。


　　通过模拟结果可以直观得出相应空间点和面的磁场大小、磁场对称情况，为了更好比较不同几何形态的磁场沿管中轴线方向。管轴线方向和整个区域内的均匀度情况，设定ε1、ε2、ε33个均匀度参数，表达式如下

　　仿真结果表明，三种形状励磁线圈磁感应强度大小关系为：马鞍形最小、弯圆形最大。均匀度分析表明，ε1：马鞍形最小，弯菱形最大；ε2：马鞍形最小，弯菱形最大；ε3：马鞍形最小，弯菱形最大。因此，磁感应强度越大，电极收到的信号越大，所以弯圆形效果最好；由于磁场均匀度越小，表明越均匀，涡电流损耗和磁场边缘效应越小，为此，马鞍型励磁线圈效果最好。
4舰船外壳盐雾试验及防护
　　舰船用电磁流量计外壳材质一般为铸铁、铸钢和不锈钢，海洋中盐雾浓度高、海水飞沬多造成设备腐蚀严重，盐雾直接影响到设备的使用周期和可靠性，因此，流量计外壳应进行盐雾实验，实验方法主要有户外暴露实验和实验室盐雾箱模拟两种，使用使用标准有GB/T2423.17—2008《电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法》和GB/T2423.18*2000《电工电子产品环境试验第2部分：试验试验Kb：盐雾，交变（氯化钠溶液）》。
5结语
　　电磁流量计由于其使用环境特殊，因此其防爆性能和励磁系统研究至关重要，对于电磁流量计基本原理和防爆电路设计进行详细阐述，并对不同形状线圈感应磁场模拟。

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