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電磁流量計的(de)工作(zuò)原理(lǐ)
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電磁(cí)流量(liàng)計
（
eletromagnetic flowmeters
，簡稱
emf
）
是(shì)20世紀50~60年代随着(zhe)電子(zǐ)技術的發(fā)展而迅速發展(zhǎn)起來(lái)的新型流(liú)量測量儀(yí)表。
電(diàn)磁流(liú)量計
是根據法拉第(dì)電磁(cí)感應(yīng)定(dìng)律制成(chéng)的，
電磁(cí)流量計(jì)
用(yòng)來測(cè)量導電(diàn)液體體(tǐ)積流量的儀(yí)表(biǎo)。由于其(qí)獨特的(de)優(yōu)點，
電磁流(liú)量計
目前(qián)已(yǐ)廣泛地(dì)被應(yīng)用于(yú)工業(yè)過程(chéng)中各種導(dǎo)電液體的(de)流量測量(liàng)，如各(gè)種酸(suān)、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；
電磁流量計
各(gè)種漿液流量測(cè)量，形成(chéng)了(le)獨特(tè)的應用(yòng)領(lǐng)域。
在(zài)結(jié)構(gòu)上，
電(diàn)磁流量計
由電磁流(liú)量傳感器(qì)和轉(zhuǎn)換器(qì)兩部分組(zǔ)成。傳感器安裝(zhuāng)在工業(yè)過(guò)程管(guǎn)道上(shàng)，它的(de)作用是将流進(jìn)管道(dào)内的液(yè)體(tǐ)體積(jī)流量值線性地(dì)變(biàn)換成(chéng)感生電(diàn)勢信号(hào)，并通過(guò)傳輸線将(jiāng)此信号送到轉換器(qì)。轉換器安(ān)裝在(zài)離傳(chuán)感(gǎn)器不太(tài)遠的地方(fāng)，它将(jiāng)傳感器送來的(de)流量(liàng)信(xìn)号進行放大(dà)，并轉換成(chéng)流量信(xìn)号(hào)成正(zhèng)比的标準電信(xìn)号輸(shū)出，以進行(háng)顯示，累積和調(diào)節控制。
電磁流(liú)量計(jì)
的基本原(yuán)理
(一(yī))測(cè)量原(yuán)理(lǐ)
根據(jù)法拉第電(diàn)磁感應定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運動切割磁(cí)力線時，在導(dǎo)體(tǐ)的兩端即(jí)産生感生電勢e，其方向由右手定則(zé)确定(dìng)，其(qí)大小與(yǔ)磁場的磁感應(yīng)強度b，導體在磁(cí)場内的長度l及(jí)導體的(de)運動速(sù)度u成正比，如果(guǒ)b， l，u三者互相垂直(zhí)，則
e＝blu (3－35)
與此相(xiàng)仿．在磁感應(yīng)強度爲(wèi)b的均(jun1)勻磁場中(zhōng)，垂直于磁場方(fāng)向放一個内(nèi)徑爲d的不(bú)導磁管(guǎn)道，當導電液體在管道中以流(liú)速u流(liú)動時，導電流體就(jiù)切割磁(cí)力線(xiàn)．如果(guǒ)在管(guǎn)道截(jié)面(miàn)上垂直(zhí)于磁場的直徑(jìng)兩端安裝一對(duì)電極(圖3—17)則可以(yǐ)證明，隻要(yào)管道(dào)内流速(sù)分布爲軸對(duì)稱分布，兩(liǎng)電極之間(jiān)也特産生感(gǎn)生電動(dòng)勢：
e＝bd (3－36)
式中，爲管道截面上的(de)平均(jun1)流速(sù)．由(yóu)此(cǐ)可得管(guǎn)道(dào)的體積流(liú)量爲：
qv＝πduˉ＝ （3－37）
由上(shàng)式可見，體積流量qv與(yǔ)感應電(diàn)動勢e和(hé)測量管内(nèi)徑d成(chéng)線性關系(xì)，與磁(cí)場的(de)磁感(gǎn)應強(qiáng)度b成反比，與其它物(wù)理參(cān)數無關．這就是
電磁(cí)流量(liàng)計(jì)
的(de)測量(liàng)原理(lǐ)．
需要說明(míng)的是，要使(shǐ)式（3—37）嚴(yán)格成立，必須使(shǐ)測量條件滿足(zú)下(xià)列假(jiǎ)定：
①磁場(chǎng)是均勻分布的(de)恒定磁場(chǎng)；
②被測流體的流速軸(zhóu)對稱分布；
③被測(cè)液體是非磁性(xìng)的；
④被測液體(tǐ)的電導率均勻且(qiě)各向同性。
圖3－17電磁流(liú)量計原理(lǐ)簡圖(tú)
1－磁(cí)極(jí)；2－電極(jí)；3－管道
(二(èr))勵磁方(fāng)式
勵磁方(fāng)式即産生磁(cí)場的方(fāng)式．由前述可知，爲(wèi)使(shǐ)式(3—37)嚴格成(chéng)立，第一個必(bì)須(xū)滿足的(de)條件就(jiù)是要有(yǒu)一個均(jun1)勻恒定的磁場．爲此，就需要選擇一種合(hé)适的(de)勵磁方式(shì)。目前(qián)，一般有(yǒu)三種勵碰方式，即(jí)直流(liú)勵磁、交流勵磁(cí)和低頻(pín)方波勵磁．現(xiàn)分别(bié)予以(yǐ)介紹．
1．直流勵磁(cí)
直流(liú)勵磁(cí)方式(shì)用直流電産生(shēng)磁場(chǎng)或采用永(yǒng)久磁鐵(tiě)，它能産(chǎn)生一個(gè)恒(héng)定的(de)均勻(yún)磁場．這種(zhǒng)直流勵磁(cí)變送(sòng)器的大(dà)優點是(shì)受交流電磁場(chǎng)幹擾影(yǐng)響(xiǎng)很小，因而(ér)可(kě)以(yǐ)忽略(luè)液體中的自感(gǎn)現象的(de)影(yǐng)響．但(dàn)是，使用直(zhí)流磁(cí)場易使通過測(cè)量管道的電解(jiě)質(zhì)液體被極化(huà)，即電解質在電(diàn)場中(zhōng)被電解，産(chǎn)生正負離(lí)子．在(zài)電場(chǎng)力的作用(yòng)下(xià)，負離子(zǐ)跑向(xiàng)正極，正離子跑向負極．如(rú)圖3—18所(suǒ)示．這(zhè)樣，将導緻(zhì)正負電(diàn)極(jí)分别(bié)被相反極性的(de)離子所(suǒ)包(bāo)圍(wéi)，嚴(yán)重影(yǐng)響
電磁流量計
的正常工(gōng)作．所(suǒ)以(yǐ)，直流勵(lì)磁(cí)一(yī)般隻(zhī)用于(yú)測量非電解質(zhì)液體(tǐ)，如液(yè)态金屬等．
圖3－18直流勵(lì)磁方式
2．交流勵磁
目前，工業上(shàng)使用的
電(diàn)磁流(liú)量計(jì)
，大(dà)都采用(yòng)工頻(50hz)電(diàn)源(yuán)交流勵磁(cí)方(fāng)式(shì)，即它(tā)的(de)磁場(chǎng)是(shì)由正(zhèng)弦交變電流産(chǎn)生的(de)，所以産生的磁(cí)場也是一(yī)個交變磁(cí)場．交變(biàn)磁場(chǎng)變送器(qì)的主要優點是(shì)消除了電(diàn)極表(biǎo)面的(de)極化于擾(rǎo)．另外(wài)，由于磁場(chǎng)是交變的，所以輸出信号也是(shì)交變信(xìn)号(hào)，放大和轉(zhuǎn)換(huàn)低電平(píng)的交(jiāo)流信号要(yào)比直流信(xìn)号容(róng)易得多．
如(rú)果交(jiāo)流磁(cí)場的磁感(gǎn)應強度爲
b＝bm sint （3－38）
則電(diàn)極上(shàng)産生的感(gǎn)生電動(dòng)勢爲
e＝bm dsint （3－39）
被(bèi)測體積流量爲(wèi)
qv= d （3－40）
式中bm――磁場磁感(gǎn)應強(qiáng)度的大值(zhí)；
――勵磁電流(liú)的角(jiǎo)頻率，＝2f；
t――時間；
f――電源(yuán)頻率．
由(yóu)式(shì)(3－40)可知，當測量(liàng)管(guǎn)内徑(jìng)d不變，磁感應強(qiáng)度bm爲(wèi)一(yī)定值時，兩(liǎng)電極上(shàng)輸出(chū)的感(gǎn)生電動勢(shì)e與流量qv成正比．這就(jiù)是交(jiāo)流磁(cí)場電磁流量變(biàn)送器(qì)的基本工(gōng)作原理．
值(zhí)得注(zhù)意的(de)是(shì)，用交流(liú)磁場(chǎng)會(huì)帶(dài)來一(yī)系列(liè)的電磁幹(gàn)擾問題(tí)．例如正(zhèng)交幹(gàn)擾．同相幹(gàn)擾等，這些幹擾信号與有用的(de)流量(liàng)信号(hào)混雜(zá)在(zài)一起．因(yīn)此，如(rú)何正确區分流(liú)量信号與幹擾(rǎo)信号，并(bìng)如何有(yǒu)效地(dì)抑制和排(pái)除各種幹擾信(xìn)号，就(jiù)成爲交流勵磁
電磁(cí)流量(liàng)計
研(yán)制的重要(yào)課題。
3．低頻方波(bō)勵磁(cí)
直流勵磁(cí)方式和交流勵(lì)滋方(fāng)式各(gè)有優(yōu)缺點，爲了(le)充分(fèn)發揮(huī)它們的優(yōu)點，盡量避免它(tā)們的缺點(diǎn)，70年(nián)代(dài)以來，人們開始采用低(dī)頻(pín)方波(bō)勵磁(cí)方式(shì)．它的(de)勵磁電流波形(xíng)如圖3—19所示，其(qí)頻率通(tōng)常爲工頻(pín)的1／4－l／10．
圖3－19方波勵磁(cí)電流波形
從圖(tú)3－19可見，在半個周期内(nèi)，磁場是恒(héng)穩的直流(liú)磁場(chǎng)，它具(jù)有直(zhí)流勵磁的(de)特點(diǎn)，受電(diàn)磁幹(gàn)擾影響很(hěn)小．從整個時間(jiān)過程(chéng)看，方波信(xìn)号又(yòu)是一(yī)個交(jiāo)變的信(xìn)号，所以(yǐ)它能(néng)克服(fú)直流(liú)勵滋易産生的(de)極化(huà)現象(xiàng)．因此，低頻方波勵磁(cí)是一(yī)種比較好的勵磁方式，目(mù)前已在
電(diàn)磁流量計(jì)
上廣(guǎng)泛的(de)應用(yòng)．概括一下，
電磁(cí)流量(liàng)計
具有如下幾個優(yōu)點：
①
電磁(cí)流量計
能避免交(jiāo)流磁(cí)場的正(zhèng)交電磁(cí)幹擾(rǎo)；
②
電磁(cí)流量(liàng)計(jì)
消(xiāo)除由(yóu)分布(bù)電容引(yǐn)起(qǐ)的工(gōng)頻幹擾；
③
電(diàn)磁流(liú)量計
抑(yì)制交流磁場在管壁和(hé)流體内部(bù)引起(qǐ)的電(diàn)渦流；
④
電磁(cí)流量計
排除直(zhí)流勵磁的極化(huà)現象．
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