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電(diàn)磁流量計的工作原理(lǐ)
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電磁(cí)流量計
（
eletromagnetic flowmeters
，簡(jiǎn)稱
emf
）
是20世紀(jì)50~60年代随着電子技術的發展而迅速(sù)發展(zhǎn)起來(lái)的新(xīn)型流(liú)量(liàng)測(cè)量儀表。
電磁(cí)流量計(jì)
是根據法(fǎ)拉第(dì)電磁(cí)感應定律制成的，
電磁流(liú)量計
用來測量(liàng)導電液體(tǐ)體積流量的儀表。由(yóu)于其(qí)獨特的優(yōu)點，
電磁流量計(jì)
目前已廣泛地(dì)被應用于工業(yè)過程(chéng)中各(gè)種導(dǎo)電液(yè)體的流量(liàng)測量，如各(gè)種酸(suān)、堿、鹽(yán)等腐(fǔ)蝕(shí)性(xìng)介質；
電(diàn)磁(cí)流量計
各(gè)種(zhǒng)漿液流量測量，形成了獨特(tè)的應(yīng)用領(lǐng)域。
在結構(gòu)上，
電(diàn)磁流(liú)量計
由電(diàn)磁流量傳感器(qì)和轉(zhuǎn)換器(qì)兩部(bù)分(fèn)組成。傳(chuán)感器(qì)安裝(zhuāng)在工業過程管道上(shàng)，它的(de)作用是将流進管道内的液體體積流量值線(xiàn)性地變換(huàn)成感(gǎn)生電勢信号，并(bìng)通過傳輸(shū)線将(jiāng)此信号送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安(ān)裝在離傳感器(qì)不太遠(yuǎn)的地方，它将(jiāng)傳感器送(sòng)來的流量信号(hào)進行(háng)放大，并轉(zhuǎn)換成(chéng)流(liú)量信号(hào)成正比的标準(zhǔn)電信号(hào)輸(shū)出，以(yǐ)進行(háng)顯示，累積和(hé)調節(jiē)控制。
電(diàn)磁流量計
的基(jī)本原理
(一(yī))測量(liàng)原理
根據法拉(lā)第電磁感(gǎn)應定律(lǜ)，當一導(dǎo)體在(zài)磁場中(zhōng)運動切割磁(cí)力線時，在(zài)導體的兩(liǎng)端即(jí)産生感(gǎn)生電勢(shì)e，其方向(xiàng)由(yóu)右手(shǒu)定則(zé)确(què)定，其大(dà)小與磁場的磁感應強(qiáng)度b，導體(tǐ)在磁場内的長(zhǎng)度l及導體的運(yùn)動速度u成(chéng)正比，如果b， l，u三者(zhě)互相垂直，則
e＝blu (3－35)
與(yǔ)此相仿．在(zài)磁感應強(qiáng)度爲b的(de)均勻磁(cí)場中(zhōng)，垂(chuí)直于磁(cí)場方向(xiàng)放(fàng)一個内徑(jìng)爲(wèi)d的不導(dǎo)磁管道，當導電液體(tǐ)在管道中(zhōng)以流(liú)速u流動時，導電流(liú)體就切(qiē)割磁(cí)力(lì)線．如果(guǒ)在管道截面上(shàng)垂直于磁場的直徑兩端安裝(zhuāng)一對電極(圖3—17)則可以(yǐ)證明，隻要(yào)管道内(nèi)流速分布爲軸對稱分(fèn)布，兩電(diàn)極(jí)之間(jiān)也特産(chǎn)生感生(shēng)電動勢：
e＝bd (3－36)
式中，爲(wèi)管道(dào)截(jié)面上的(de)平均流速(sù)．由此可得管道的體(tǐ)積流量爲：
qv＝πduˉ＝ （3－37）
由上式可見(jiàn)，體(tǐ)積流(liú)量qv與感應電動勢(shì)e和測量管内(nèi)徑d成線(xiàn)性關系(xì)，與磁場的磁感(gǎn)應強度(dù)b成(chéng)反比(bǐ)，與其(qí)它物(wù)理參(cān)數(shù)無關．這就是(shì)
電磁(cí)流量(liàng)計
的(de)測量原理．
需要說明的是，要使(shǐ)式（3—37）嚴格成立，必(bì)須使測量條件(jiàn)滿足下(xià)列假定(dìng)：
①磁場(chǎng)是(shì)均勻分(fèn)布的恒定磁場；
②被測(cè)流體(tǐ)的流速軸對稱(chēng)分布；
③被測液體(tǐ)是(shì)非(fēi)磁性的；
④被(bèi)測液體的(de)電導率均(jun1)勻且各向同性(xìng)。
圖(tú)3－17電磁流(liú)量計(jì)原理(lǐ)簡圖
1－磁極；2－電極(jí)；3－管道
(二)勵(lì)磁方式(shì)
勵磁方式即産生磁場(chǎng)的方式．由前述(shù)可知(zhī)，爲使式(3—37)嚴(yán)格成立，第一個(gè)必須(xū)滿足的條(tiáo)件就(jiù)是要有一(yī)個均(jun1)勻恒定的(de)磁場．爲此(cǐ)，就需要選擇一種合(hé)适的勵磁方式。目前(qián)，一(yī)般有三種勵碰方式，即直流(liú)勵磁、交流勵磁(cí)和低(dī)頻方(fāng)波勵磁．現分别(bié)予以介紹．
1．直流勵磁
直(zhí)流勵磁(cí)方式(shì)用(yòng)直流電産生(shēng)磁場或采(cǎi)用永久磁(cí)鐵，它能産(chǎn)生(shēng)一(yī)個恒(héng)定的(de)均勻(yún)磁場(chǎng)．這種(zhǒng)直流(liú)勵磁(cí)變送(sòng)器的(de)最大優點是受交流(liú)電磁場(chǎng)幹(gàn)擾影(yǐng)響很小，因而可(kě)以忽(hū)略液體中(zhōng)的自(zì)感現(xiàn)象的(de)影響．但是，使用(yòng)直流(liú)磁(cí)場易使通過(guò)測量管道(dào)的電(diàn)解質液(yè)體被極化，即(jí)電解質在電場中被(bèi)電解，産生(shēng)正負(fù)離(lí)子．在電場力(lì)的作用下，負(fù)離子跑向正極，正(zhèng)離子跑向(xiàng)負極．如圖(tú)3—18所示．這樣(yàng)，将導緻正負電(diàn)極分(fèn)别被相反(fǎn)極性的(de)離子所(suǒ)包圍，嚴重影響(xiǎng)
電磁流量(liàng)計
的正常工作(zuò)．所以(yǐ)，直流勵(lì)磁一般隻用于(yú)測量非電解質液體，如液态金屬等．
圖(tú)3－18直流勵磁方式(shì)
2．交流(liú)勵磁
目前(qián)，工業(yè)上(shàng)使(shǐ)用的
電磁(cí)流量計
，大(dà)都采(cǎi)用(yòng)工頻(50hz)電(diàn)源交流勵(lì)磁方(fāng)式，即它(tā)的磁場(chǎng)是由正弦(xián)交變(biàn)電流(liú)産生(shēng)的，所(suǒ)以産生的磁場(chǎng)也是(shì)一個交變磁場(chǎng)．交變磁場(chǎng)變送器(qì)的主要(yào)優點(diǎn)是(shì)消除了電極表面(miàn)的極(jí)化于(yú)擾．另外，由(yóu)于磁場是交變(biàn)的，所以輸(shū)出信(xìn)号也(yě)是(shì)交(jiāo)變信号，放大和(hé)轉換(huàn)低電平的交流(liú)信号要比直流(liú)信号容易(yì)得多(duō)．
如果交(jiāo)流磁場(chǎng)的磁感應強度(dù)爲
b＝bm sint （3－38）
則(zé)電極上産(chǎn)生的感(gǎn)生(shēng)電(diàn)動(dòng)勢爲(wèi)
e＝bm dsint （3－39）
被(bèi)測體積(jī)流量爲(wèi)
qv= d （3－40）
式中bm――磁(cí)場磁(cí)感應(yīng)強度(dù)的最大值；
――勵磁(cí)電流(liú)的角頻(pín)率(lǜ)，＝2f；
t――時間；
f――電(diàn)源頻率(lǜ)．
由式(3－40)可知，當測(cè)量管内徑(jìng)d不變，磁感(gǎn)應強度bm爲(wèi)一定值時(shí)，兩電(diàn)極上(shàng)輸(shū)出(chū)的感生電動勢e與流量qv成正(zhèng)比．這就(jiù)是交(jiāo)流磁場電(diàn)磁流(liú)量變送(sòng)器(qì)的基(jī)本工(gōng)作原(yuán)理．
值(zhí)得注意的是，用(yòng)交流磁場會帶(dài)來一系列(liè)的電磁幹擾問題．例如正(zhèng)交幹(gàn)擾．同(tóng)相(xiàng)幹(gàn)擾等(děng)，這些(xiē)幹擾信号(hào)與有用的流量(liàng)信号混雜在一(yī)起．因此，如(rú)何正(zhèng)确區(qū)分流量信(xìn)号與(yǔ)幹擾信号，并如何有效地(dì)抑制和(hé)排除各(gè)種幹擾信号，就(jiù)成爲(wèi)交流勵磁(cí)
電磁(cí)流量計
研(yán)制(zhì)的(de)重(zhòng)要課題(tí)。
3．低頻(pín)方(fāng)波勵磁(cí)
直流勵(lì)磁(cí)方式和交流(liú)勵滋方(fāng)式各(gè)有優缺點(diǎn)，爲了(le)充分發揮(huī)它們的優點，盡量避(bì)免它們的缺點，70年代以來(lái)，人們(men)開始(shǐ)采用(yòng)低頻(pín)方(fāng)波(bō)勵磁(cí)方式(shì)．它的(de)勵磁(cí)電流(liú)波形(xíng)如圖3—19所示，其頻率通常爲(wèi)工頻的1／4－l／10．
圖(tú)3－19方波(bō)勵磁電流(liú)波形(xíng)
從圖(tú)3－19可見，在半個周期内(nèi)，磁場(chǎng)是(shì)恒穩的直流(liú)磁場，它具(jù)有直流(liú)勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電(diàn)磁(cí)幹(gàn)擾影響很(hěn)小．從整個(gè)時間過程(chéng)看，方(fāng)波信(xìn)号又是一(yī)個交變的(de)信号(hào)，所(suǒ)以(yǐ)它能(néng)克服直流勵滋(zī)易産生的(de)極化(huà)現象(xiàng)．因此，低頻方波(bō)勵磁是一(yī)種比(bǐ)較好的勵(lì)磁方式，目(mù)前已(yǐ)在
電(diàn)磁(cí)流量計(jì)
上廣泛的(de)應用(yòng)．概括一下，
電磁(cí)流量計(jì)
具(jù)有如下幾個優(yōu)點：
①
電(diàn)磁流(liú)量計
能避(bì)免交流磁場的正交電磁幹擾；
②
電磁(cí)流量計
消(xiāo)除由分(fèn)布(bù)電容(róng)引起(qǐ)的工頻幹(gàn)擾；
③
電磁流量計(jì)
抑制(zhì)交流磁場(chǎng)在管(guǎn)壁和(hé)流體(tǐ)内部(bù)引起(qǐ)的電(diàn)渦流(liú)；
④
電磁流量(liàng)計
排(pái)除(chú)直流勵(lì)磁的極化現象．
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