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電(diàn)磁流量計的工(gōng)作原(yuán)理
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電磁流(liú)量計
（
eletromagnetic flowmeters
，簡稱(chēng)
emf
）
是20世紀(jì)50~60年代随着電(diàn)子技術的(de)發展(zhǎn)而迅(xùn)速發展起來的新(xīn)型流量(liàng)測量(liàng)儀(yí)表。
電磁(cí)流量計
是根據(jù)法拉第電磁感(gǎn)應定(dìng)律制(zhì)成的(de)，
電磁流量計
用(yòng)來測(cè)量(liàng)導(dǎo)電液(yè)體體積(jī)流量的(de)儀表。由于其(qí)獨特的優點，
電磁(cí)流量計
目前已(yǐ)廣泛地(dì)被應用于工業(yè)過程中(zhōng)各種(zhǒng)導電液體的流量測量，如各種(zhǒng)酸、堿(jiǎn)、鹽等(děng)腐蝕性(xìng)介(jiè)質；
電磁流量計
各種(zhǒng)漿液流量測(cè)量(liàng)，形成了獨(dú)特的(de)應用領域(yù)。
在結(jié)構上(shàng)，
電磁流量(liàng)計
由電(diàn)磁(cí)流量傳感(gǎn)器和轉換(huàn)器兩部(bù)分(fèn)組成(chéng)。傳感器安裝在工業(yè)過程管道(dào)上，它的作用是(shì)将流進管(guǎn)道内(nèi)的液(yè)體體積流量值線性地變(biàn)換成(chéng)感生(shēng)電勢(shì)信号，并通(tōng)過傳輸線将此信号送到轉換器。轉換器(qì)安裝在離(lí)傳感(gǎn)器(qì)不太遠的地方，它将傳(chuán)感器(qì)送(sòng)來(lái)的(de)流(liú)量信(xìn)号進行放(fàng)大，并(bìng)轉換(huàn)成流(liú)量信(xìn)号成(chéng)正比(bǐ)的(de)标準電信号(hào)輸出(chū)，以進行(háng)顯(xiǎn)示，累(lèi)積和調節(jiē)控制(zhì)。
電(diàn)磁流量計
的基本(běn)原理(lǐ)
(一)測量原(yuán)理
根(gēn)據法拉第電磁(cí)感應定律(lǜ)，當一導體在磁(cí)場中(zhōng)運動切割磁力(lì)線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即産生(shēng)感(gǎn)生電勢(shì)e，其(qí)方向(xiàng)由右(yòu)手定則确(què)定，其大小(xiǎo)與磁場的磁感(gǎn)應強(qiáng)度b，導體在(zài)磁場(chǎng)内的(de)長度(dù)l及導體的運動(dòng)速度u成正(zhèng)比，如果b， l，u三(sān)者互相垂(chuí)直，則(zé)
e＝blu (3－35)
與此相仿．在(zài)磁(cí)感應強度爲b的均勻(yún)磁(cí)場(chǎng)中，垂(chuí)直于磁場方向(xiàng)放一個内(nèi)徑爲(wèi)d的不導磁管道(dào)，當導(dǎo)電液體在(zài)管道中以流速(sù)u流動(dòng)時，導電流(liú)體(tǐ)就切割磁力(lì)線．如果(guǒ)在管道(dào)截面上垂(chuí)直于(yú)磁場(chǎng)的(de)直徑兩端安(ān)裝一對電極(圖3—17)則可以證(zhèng)明，隻要管(guǎn)道内(nèi)流速分布(bù)爲軸對稱分布，兩電(diàn)極之間也特産(chǎn)生感生電(diàn)動勢(shì)：
e＝bd (3－36)
式中(zhōng)，爲(wèi)管(guǎn)道(dào)截(jié)面上的(de)平均流(liú)速．由此可得管(guǎn)道的體積流量(liàng)爲：
qv＝πduˉ＝ （3－37）
由(yóu)上式可見(jiàn)，體積流量qv與感(gǎn)應電動勢e和測(cè)量管(guǎn)内(nèi)徑(jìng)d成線(xiàn)性關(guān)系，與(yǔ)磁場的磁感(gǎn)應(yīng)強度(dù)b成反比，與(yǔ)其(qí)它(tā)物理參數(shù)無關(guān)．這就(jiù)是
電磁流(liú)量計
的測(cè)量原(yuán)理．
需(xū)要說明的(de)是，要(yào)使式（3—37）嚴格(gé)成立，必須(xū)使測(cè)量條件滿足下(xià)列假(jiǎ)定：
①磁(cí)場是(shì)均勻分布(bù)的恒定磁場；
②被測流(liú)體的(de)流速(sù)軸對(duì)稱分(fèn)布；
③被(bèi)測液(yè)體是非磁性的；
④被(bèi)測液體的電(diàn)導率均勻且(qiě)各(gè)向同性。
圖3－17電磁(cí)流量計原理簡圖
1－磁(cí)極；2－電極；3－管(guǎn)道
(二)勵磁方式(shì)
勵磁(cí)方式即産(chǎn)生磁場的(de)方式．由前(qián)述可(kě)知，爲(wèi)使式(shì)(3—37)嚴格(gé)成立(lì)，第一個必須滿(mǎn)足的條件就(jiù)是(shì)要有一個(gè)均勻(yún)恒定的磁(cí)場．爲(wèi)此，就(jiù)需要選擇(zé)一種合适的勵(lì)磁方式。目前，一(yī)般有三種(zhǒng)勵碰(pèng)方式(shì)，即直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和(hé)低頻方(fāng)波勵磁(cí)．現分别(bié)予(yǔ)以介紹．
1．直(zhí)流勵磁
直(zhí)流勵(lì)磁方式用(yòng)直流(liú)電産生磁(cí)場或采用(yòng)永久(jiǔ)磁鐵，它(tā)能産生(shēng)一個恒(héng)定的均勻磁(cí)場．這(zhè)種直(zhí)流勵磁變送器的(de)最大優點是(shì)受交(jiāo)流電(diàn)磁場幹擾(rǎo)影(yǐng)響(xiǎng)很小，因而(ér)可以忽略液體中的自感(gǎn)現(xiàn)象的影(yǐng)響．但(dàn)是，使(shǐ)用直(zhí)流磁場易使通過測(cè)量管道的電解質液體被極化(huà)，即電(diàn)解質在電(diàn)場中(zhōng)被電(diàn)解，産(chǎn)生正負離子．在(zài)電場力的作用下，負(fù)離子(zǐ)跑向正極，正(zhèng)離子跑(pǎo)向負(fù)極．如圖3—18所示．這樣，将(jiāng)導緻(zhì)正負電極分别(bié)被相(xiàng)反極性的(de)離(lí)子所包(bāo)圍，嚴(yán)重影(yǐng)響
電磁(cí)流(liú)量計
的(de)正(zhèng)常工(gōng)作．所以，直流勵(lì)磁一(yī)般隻用于(yú)測量(liàng)非(fēi)電解質(zhì)液體，如液态金(jīn)屬等(děng)．
圖3－18直(zhí)流勵(lì)磁方式(shì)
2．交流勵(lì)磁
目前，工業上(shàng)使用的
電磁流(liú)量計
，大都采用工頻(50hz)電源(yuán)交流(liú)勵磁方(fāng)式，即它(tā)的磁場(chǎng)是由正(zhèng)弦(xián)交變電流産(chǎn)生的(de)，所以(yǐ)産(chǎn)生(shēng)的磁場也是一個交(jiāo)變(biàn)磁(cí)場．交變磁(cí)場變(biàn)送器(qì)的主要優點是(shì)消除了電極表(biǎo)面的(de)極化于擾(rǎo)．另外，由于磁場(chǎng)是交(jiāo)變的(de)，所以(yǐ)輸出信号也是(shì)交變(biàn)信号，放大和轉(zhuǎn)換低(dī)電平(píng)的交(jiāo)流信号要(yào)比直(zhí)流信(xìn)号容易得多(duō)．
如果交(jiāo)流磁場的磁感(gǎn)應強(qiáng)度(dù)爲(wèi)
b＝bm sint （3－38）
則電(diàn)極上産(chǎn)生(shēng)的感(gǎn)生電(diàn)動勢爲
e＝bm dsint （3－39）
被(bèi)測體積流量爲(wèi)
qv= d （3－40）
式中(zhōng)bm――磁場(chǎng)磁(cí)感應強度的(de)最大(dà)值；
――勵(lì)磁(cí)電流的(de)角頻率，＝2f；
t――時(shí)間；
f――電源(yuán)頻(pín)率．
由式(3－40)可(kě)知，當測(cè)量管内(nèi)徑d不變，磁(cí)感應(yīng)強度(dù)bm爲(wèi)一定值(zhí)時，兩電極上輸出的(de)感生電動(dòng)勢e與(yǔ)流量qv成正(zhèng)比．這(zhè)就是交流(liú)磁場電(diàn)磁流量(liàng)變送器的基本工作原理．
值得(dé)注意的是(shì)，用交流磁場會帶來(lái)一系列的電磁(cí)幹擾問(wèn)題．例如(rú)正交(jiāo)幹擾(rǎo)．同相(xiàng)幹擾(rǎo)等，這些幹(gàn)擾信号(hào)與有用(yòng)的流(liú)量信号混雜在一起．因此，如何(hé)正确區分(fèn)流量信号(hào)與(yǔ)幹(gàn)擾信号(hào)，并如何(hé)有效地(dì)抑制和排除(chú)各種幹擾(rǎo)信号，就成爲交(jiāo)流勵磁
電(diàn)磁流(liú)量計
研制的重(zhòng)要課(kè)題(tí)。
3．低頻方波勵磁
直流勵(lì)磁方(fāng)式和(hé)交流(liú)勵滋方式各有(yǒu)優缺(quē)點，爲了充(chōng)分發揮它們的優點(diǎn)，盡量避免(miǎn)它們的(de)缺點，70年(nián)代以(yǐ)來，人們開(kāi)始采用低頻方波勵磁方式．它(tā)的勵磁電流波(bō)形如(rú)圖3—19所示，其(qí)頻率通常(cháng)爲工頻的(de)1／4－l／10．
圖3－19方波勵(lì)磁電流(liú)波形
從(cóng)圖3－19可(kě)見，在(zài)半個周期内，磁(cí)場是恒穩的直流磁(cí)場，它(tā)具有直流(liú)勵磁的(de)特點，受(shòu)電磁幹(gàn)擾影響很小．從(cóng)整(zhěng)個時(shí)間過程看，方(fāng)波信号又是一個交變的信号，所以它(tā)能克服直(zhí)流勵(lì)滋易(yì)産生的極化現(xiàn)象．因(yīn)此，低頻方波勵磁是一種比較(jiào)好的(de)勵磁(cí)方式(shì)，目前(qián)已在
電磁(cí)流量(liàng)計
上(shàng)廣泛的應(yīng)用．概(gài)括一下，
電磁流(liú)量計
具有如下幾個(gè)優點：
①
電(diàn)磁流量計
能(néng)避免交流(liú)磁場(chǎng)的正交電磁幹(gàn)擾；
②
電磁流(liú)量計(jì)
消(xiāo)除(chú)由分(fèn)布(bù)電容引(yǐn)起的(de)工頻幹擾；
③
電磁(cí)流量(liàng)計
抑制交(jiāo)流磁場在(zài)管壁(bì)和流(liú)體内部引(yǐn)起的電渦(wō)流；
④
電(diàn)磁流(liú)量計
排除(chú)直流勵磁的極(jí)化現象．
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