電磁(cí)流量計(jì) （eletromagnetic flowmeters，簡稱emf）是20世紀50~60年(nián)代随着電(diàn)子技(jì)術的(de)發展(zhǎn)而迅(xùn)速發展(zhǎn)起來的(de)流量測量儀表(biǎo)。電磁(cí)流量計是(shì)根據(jù)法(fǎ)拉第電(diàn)磁感應定(dìng)律制(zhì)成的(de)，用來測量(liàng)導電液體(tǐ)體積(jī)流量的(de)儀(yí)表。由于其優點，電磁(cí)流量計目前已(yǐ)廣泛地被應用(yòng)于工(gōng)業(yè)過程中(zhōng)各種導電(diàn)液體(tǐ)的流量測(cè)量，如(rú)各種酸(suān)、堿、鹽等(děng)腐蝕(shí)性介質(zhì)；電(diàn)磁流(liú)量計(jì)各種漿液流(liú)量測量，形成了應(yīng)用領域。
    在結(jié)構上，電(diàn)磁流(liú)量計由電磁流量傳感器和轉換(huàn)器兩部分組成。傳感器安裝在工(gōng)業過(guò)程管道上，它的(de)作用是将(jiāng)流進管道内(nèi)的液體(tǐ)體積(jī)流量值線性地變換成感(gǎn)生電(diàn)勢信号(hào)，并(bìng)通過(guò)傳輸線将(jiāng)此信(xìn)号送到轉(zhuǎn)換器(qì)。轉(zhuǎn)換(huàn)器安(ān)裝(zhuāng)在離傳感器(qì)不太(tài)遠的地方(fāng)，它将傳感(gǎn)器送來的流量信号(hào)進行放大，并轉(zhuǎn)換(huàn)成流量信号(hào)成正(zhèng)比的标準電信(xìn)号輸(shū)出，以(yǐ)進行顯(xiǎn)示，累積和調節(jiē)控制。

電(diàn)磁(cí)流量計的基(jī)本原理
(一)測(cè)量(liàng)原理(lǐ)
    根(gēn)據(jù)法拉第電磁(cí)感應定律，當一導體在(zài)磁場中運(yùn)動切(qiē)割磁(cí)力線時，在(zài)導體(tǐ)的(de)兩端即(jí)産生感(gǎn)生電勢e，其方向由(yóu)右手(shǒu)定則确定，其大小與(yǔ)磁場的磁(cí)感應強度b，導體在磁場内的長(zhǎng)度l及導體的運動(dòng)速(sù)度u成正比(bǐ)，如果b， l，u三者互相(xiàng)垂直(zhí)，則
e＝blu       (3－35)
與此相仿．在磁感(gǎn)應強(qiáng)度爲(wèi)b的均勻磁(cí)場中(zhōng)，垂直于磁場方(fāng)向(xiàng)放一個(gè)内徑爲d的不導(dǎo)磁管道(dào)，當導電(diàn)液體在管道中(zhōng)以流速u流動時(shí)，導電流(liú)體就切(qiē)割磁(cí)力(lì)線．如果(guǒ)在管道截面上垂直于磁(cí)場的直徑兩端安裝(zhuāng)一對(duì)電極(圖3—17)則(zé)可以證明(míng)，隻要管道内流速分(fèn)布爲軸(zhóu)對(duì)稱分布(bù)，兩(liǎng)電極之間(jiān)也特産生感生(shēng)電動(dòng)勢：
e＝bd        (3－36)
式中，爲管道截(jié)面上的平均流速．由此(cǐ)可得(dé)管道的體(tǐ)積流量(liàng)爲：
qv＝πduˉ＝   （3－37）
由上(shàng)式可見，體(tǐ)積流(liú)量qv與感應(yīng)電動(dòng)勢e和(hé)測量管内(nèi)徑d成線性關系(xì)，與磁場的磁感(gǎn)應強度b成反比(bǐ)，與其(qí)它(tā)物理參數無(wú)關(guān)．這就是(shì)電(diàn)磁流量(liàng)計的(de)測量(liàng)原(yuán)理．
需要(yào)說明的是，要使(shǐ)式（3—37）嚴(yán)格(gé)成立，必(bì)須使(shǐ)測(cè)量(liàng)條件滿足(zú)下列假定(dìng)：
①磁場是均(jun1)勻分(fèn)布的(de)恒定磁場(chǎng)；
②被測流(liú)體的流速軸(zhóu)對稱分布(bù)；
③被測(cè)液體是非(fēi)磁性的；
④被(bèi)測液(yè)體的(de)電導率均(jun1)勻且各向同性(xìng)。
圖3－17電(diàn)磁流(liú)量計(jì)原(yuán)理簡圖

1－磁極；2－電極(jí)；3－管道
(二(èr))勵磁方(fāng)式
    勵磁方式即(jí)産生(shēng)磁場(chǎng)的方(fāng)式．由前述(shù)可知(zhī)，爲使式(3—37)嚴(yán)格成立，必(bì)須(xū)滿足的(de)條件就是(shì)要有(yǒu)一個(gè)均勻(yún)恒定(dìng)的磁場．爲(wèi)此，就需要選擇一種(zhǒng)合适(shì)的勵(lì)磁方式。目前，一般有(yǒu)三種勵碰(pèng)方式，即直流勵磁、交(jiāo)流勵磁和(hé)低頻方波(bō)勵(lì)磁(cí)．現分(fèn)别予以(yǐ)介紹．
1．直(zhí)流(liú)勵磁
    直(zhí)流勵(lì)磁方(fāng)式(shì)用(yòng)直流(liú)電産生(shēng)磁場或(huò)采用(yòng)磁鐵(tiě)，它能(néng)産生(shēng)一個(gè)恒定的均勻磁場．這(zhè)種直流勵磁變(biàn)送器的受交流(liú)電磁(cí)場幹擾影(yǐng)響很小(xiǎo)，因而可(kě)以忽略液體中(zhōng)的自感現象(xiàng)的影響．但是(shì)，使用(yòng)直流磁(cí)場(chǎng)易使通過測量管道(dào)的(de)電解質液體(tǐ)被極(jí)化，即電(diàn)解(jiě)質在電場中被電解(jiě)，産生正負(fù)離子．在電場力的(de)作(zuò)用下，負離(lí)子跑(pǎo)向(xiàng)正極，正(zhèng)離子(zǐ)跑向負極(jí)．如圖3—18所示．這樣(yàng)，将導緻(zhì)正負電(diàn)極分别被(bèi)相反(fǎn)極性的離子所包圍，嚴重影響電磁(cí)流量計的(de)正常工作．所以(yǐ)，直流勵(lì)磁一般(bān)隻用于(yú)測量(liàng)非(fēi)電解(jiě)質液體，如(rú)液态金屬等．
圖3－18直流勵磁(cí)方式

2．交(jiāo)流勵磁
    目(mù)前，工(gōng)業上使用的電(diàn)磁流量計(jì)，大都(dōu)采用工頻(50hz)電源(yuán)交流勵磁(cí)方式，即它(tā)的磁(cí)場是(shì)由正弦(xián)交變電(diàn)流産生(shēng)的(de)，所以産生的(de)磁場也是一個交(jiāo)變磁(cí)場．交(jiāo)變磁(cí)場變送器的主要優(yōu)點是(shì)消除(chú)了電(diàn)極(jí)表(biǎo)面的(de)極化(huà)于擾．另(lìng)外(wài)，由于磁場(chǎng)是交(jiāo)變的，所以輸出信号(hào)也是(shì)交變信号(hào)，放大和(hé)轉(zhuǎn)換低(dī)電平的交流(liú)信号要比直(zhí)流信(xìn)号容(róng)易得多．
如(rú)果交流磁場的磁感應強度爲(wèi)
b＝bm sint             （3－38）
則電極上産生的感生電動勢(shì)爲
e＝bm dsint            （3－39）
被測(cè)體積流量爲(wèi)
qv= d                  （3－40）
式中bm――磁場(chǎng)磁感應(yīng)強度的(de)最大(dà)值(zhí)；
――勵磁(cí)電(diàn)流的角頻(pín)率，＝2f；
t――時間；
f――電源(yuán)頻率．
由(yóu)式(3－40)可(kě)知，當測量(liàng)管(guǎn)内徑d不(bú)變，磁(cí)感應強度(dù)bm爲(wèi)一(yī)定值(zhí)時，兩電極(jí)上輸出(chū)的感生電動勢e與(yǔ)流量(liàng)qv成正比．這就是(shì)交流磁場(chǎng)電磁(cí)流量(liàng)變(biàn)送(sòng)器的基本(běn)工(gōng)作原理(lǐ)．
    值得(dé)注(zhù)意的是，用交(jiāo)流磁(cí)場會(huì)帶來一系列的(de)電磁幹(gàn)擾問題．例如(rú)正交幹擾(rǎo)．同相幹擾等，這(zhè)些幹擾信号與(yǔ)有用(yòng)的流量(liàng)信(xìn)号混(hùn)雜在(zài)一起．因此(cǐ)，如(rú)何正确(què)區分流量信号與幹(gàn)擾(rǎo)信号，并(bìng)如何有效地抑(yì)制和排(pái)除各種(zhǒng)幹擾信(xìn)号(hào)，就成(chéng)爲交流(liú)勵(lì)磁電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計(jì)研制(zhì)的重要課題。
3．低(dī)頻方波勵(lì)磁
    直(zhí)流勵(lì)磁(cí)方(fāng)式和(hé)交流(liú)勵滋方式(shì)各有優缺點，爲(wèi)了充(chōng)分發揮(huī)它們的(de)優點(diǎn)，盡量(liàng)避免它們(men)的缺(quē)點，70年代(dài)以(yǐ)來，人(rén)們開始(shǐ)采用低(dī)頻方波(bō)勵磁方(fāng)式．它(tā)的勵(lì)磁電(diàn)流波(bō)形如圖3—19所(suǒ)示，其(qí)頻率通常爲工頻(pín)的1／4－l／10．
圖3－19方(fāng)波勵磁電流波(bō)形

    從圖3－19可見，在半個(gè)周(zhōu)期内(nèi)，磁場是(shì)恒穩的(de)直流(liú)磁場，它具有直流勵磁的(de)特點，受電磁幹(gàn)擾影響(xiǎng)很小．從(cóng)整個時間(jiān)過程(chéng)看，方(fāng)波信(xìn)号又(yòu)是一個交變的(de)信号，所以它能(néng)克服(fú)直(zhí)流(liú)勵滋(zī)易産(chǎn)生的極化(huà)現象．因此(cǐ)，低頻方波(bō)勵(lì)磁(cí)是一(yī)種比(bǐ)較(jiào)好的勵磁方式，目前已(yǐ)在電磁流量計(jì)上廣泛的應用．概括(kuò)一(yī)下(xià)，電磁(cí)流量(liàng)計(jì)具有如(rú)下幾個優(yōu)點：
①電(diàn)磁流量計能避(bì)免交流磁(cí)場的正交電磁(cí)幹擾(rǎo)；
②電磁流量(liàng)計消(xiāo)除由分布電容(róng)引起的工頻幹(gàn)擾；
③電(diàn)磁(cí)流量計(jì)抑制(zhì)交流磁場(chǎng)在管壁(bì)和流體(tǐ)内部(bù)引起的電(diàn)渦流(liú)；
④電磁流量(liàng)計排(pái)除直(zhí)流勵(lì)磁的極化現象(xiàng)．