摘要： 防爆電磁(cí)流量計 廣泛應(yīng)用于艦船(chuán)、化工(gōng)、石油(yóu)、水泥、醫藥等領(lǐng)域，其(qí)具有(yǒu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測量(liàng)範圍大、精度(dù)優點，然(rán)而其使用場所環境惡劣(liè)，爲了(le)保證其性(xìng)能以及(jí)降低能(néng)耗,介紹了電(diàn)磁(cí)流量計設(shè)計基(jī)本原理(lǐ)、防爆電路設艦船外殼(ké)鹽(yán)及防護方法(fǎ)，并磁線(xiàn)圈仿真(zhēn)，該仿真可以作(zuò)爲勵磁(cí)系的模型！電(diàn)磁流量計(jì)設計效(xiào)率。
0引言
　　流量計(jì)是測(cè)量流體在一(yī)段時間過的體積或(huò)者質量的(de)儀器(qì)，對于(yú)生産過程(chéng)非常關鍵。随着(zhe)技術(shù)快速(sù)發展(zhǎn)，流量計類越來(lái)越多，比(bǐ)如電磁(cí)流量計、 超聲波(bō)量計 、熱式流量(liàng)計以及(jí)震動流(liú)量計(jì)等，電磁流(liú)量計以(yǐ)其簡單的結構、可靠性(xìng)高、精度高等優(yōu)點，在生(shēng)産(chǎn)和生(shēng)活用比(bǐ)例占60%以上。然(rán)而，由(yóu)于在(zài)艦船中其(qí)經常(cháng)處于(yú)潮濕、腐蝕(shí)的使用環境，爲此電(diàn)磁流量計(jì)的防(fáng)爆性(xìng)能設(shè)計(jì)降(jiàng)低流(liú)量計(jì)電池耗(hào)能(néng)成爲(wèi)熱點(diǎn)。
1電磁流量計設(shè)計(jì)基本原(yuán)理
　　電(diàn)磁(cí)流量計(jì)是通過利用法(fǎ)拉第電磁(cí)感應(yīng)定律設計(jì)，圖1爲電磁流(liú)量計結(jié)構示意圖，管内(nèi)爲導電性，勵磁(cí)線圈爲閉合(hé)回路，依據麥克斯韋電磁場理論(lùn)，産生(shēng)工作磁場(chǎng)。
對于直(zhí)導體，在(zài)磁場中産生的感應電動(dòng)勢e

式中，b--磁感應強度;d一導體長度;.v一(yī)運動速度。
　　圖2爲(wèi)流體(tǐ)流(liú)動方向、磁場方向和感(gǎn)應電動(dòng)勢方向，符合(hé)右(yòu)手規律，感電動勢大小(xiǎo)見式(shì)（1)，對于管道(dào)内流體流(liú)量q大小見(jiàn)式(2)

将式(2)中(zhōng)v求出，帶(dài)入(rù)式(1)可(kě)得

由式(3)可知，管(guǎn)道尺寸确定，感(gǎn)應電動勢(shì)e與流(liú)量q成正比。


2防爆電路(lù)設計(jì)
　　依據釋(shì)放源存在部位、釋放數量、擴散情況和(hé)通風(fēng)情況(kuàng)等(děng)條件，爆(bào)炸(zhà)場(chǎng)所可(kě)分爲0區、1區和2區(qū)，對于(yú)礦用(yòng)産品，可以用于0區、1區(qū)和2區(qū)，對于(yú)礦用産品，可以用于(yú)0區的(de)産(chǎn)品防爆(bào)類型隻有本質安全性，對(duì)于用(yòng)于0區的防(fáng)爆電磁流量計(jì) ，防爆(bào)性能(néng)至關(guān)重要(yào)。
　　本質(zhì)安(ān)全型電氣設(shè)備是指在(zài)正常運行和規(guī)定的(de)故(gù)障(zhàng)條件(jiàn)下，所(suǒ)産生的火花或者熱(rè)效應均不能點燃爆(bào)炸性氣(qì)體合(hé)物(wù)的電氣設備[2]，本(běn)安電路(lù)設(shè)計時要從(cóng)兩(liǎng)方面考(kǎo)慮，一是對(duì)本案(àn)和非本案(àn)部(bù)件(jiàn)進行隔離(lí)；二是能量(liàng)限制(zhì)。
　　gb3836.4—2010求的(de)隔離(lí)包(bāo)括爬電(diàn)距(jù)離(lí)、電氣間隙(xì)和接(jiē)地(dì)等要求(qiú)，比在gb3836.4—2010表5中(zhōng)，依據電壓值(zhí)來(lái)設計(jì)電氣間隙、爬電(diàn)距(jù)離以及合适(shì)的cti值絕緣材料。能量限制(zhì)主要涉及到(dào)元件額(é)定值選擇，依據(jù)gb3836.4—2010，電分(fèn)爲電阻性(xìng)電路(lù)、電(diàn)感性電(diàn)路和(hé)電(diàn)容性電(diàn)路，圖3所示。電磁(cí)流量(liàng)計(jì)感器電氣(qì)部(bù)分由連個(gè)線圈組成，包括電阻和電感，依據gb3836.4—2010圖a1中，根據電磁流量(liàng)計(jì)防爆(bào)類型和電源電(diàn)壓，确(què)定最小點燃電流，比(bǐ)如設(shè)計工作電(diàn)壓爲18v的iic類(lèi)本安電路(lù)，點燃電流(liú)爲0.66a，此(cǐ)外，要(yào)是電(diàn)路慮(lǜ)安全系數(shù)，若是(shì)安全系(xì)數爲1.5,則(zé)最大(dà)電流(liú)應小于0.44a。根(gēn)據gb3836.4—2010圖a6,依據(jù)電壓和電流(liú)，選(xuǎn)擇合适電感值(zhí)，對于18v、0.44a的(de)電(diàn)感電(diàn)路，電感設計應(yīng)在0.8mh以下。

　　爲了無論電(diàn)路在正(zhèng)常工(gōng)作狀态還(hái)是(shì)故(gù)障狀态，使(shǐ)安端有定壓(yā)和定流輸出特性(xìng)，如圖4所示(shì)。選擇(zé)合适二極(jí)管安(ān)全栅或者(zhě)齊納(nà)安全(quán)栅，若勵磁信号是周(zhōu)期性雙向(xiàng)電流，可以選擇tvs管。

3勵磁線圈(quān)仿真(zhēn)
　　利用(yòng)comsol仿真(zhēn)軟件，對彎(wān)圓形(xíng)、彎菱(líng)形和(hé)馬鞍(ān)形線圈(quān)進(jìn)行仿(páng)真，采用相同(tóng)線圈材料材質和相同(tóng)用(yòng)料(liào)量，并(bìng)在相同勵(lì)磁電(diàn)流(liú)、勵磁頻(pín)率條(tiáo)件下，比(bǐ)較(jiào)勵磁(cí)線圈産生的工(gōng)作磁場強度分(fèn)布情況。
首先建(jiàn)立仿真幾何模(mó)型，如(rú)圖5所示，爲彎圓形勵(lì)磁線(xiàn)圈模(mó)型，進行電(diàn)特性、磁特性和(hé)邊界條件設置(zhì)，進行網(wǎng)格分析劃分等步驟，最(zuì)後仿真可(kě)的磁場分布情況，圖(tú)6爲磁(cí)力線分布(bù)，圖7爲(wèi)磁(cí)感(gǎn)應強(qiáng)度分布。對于彎(wān)菱形和馬鞍型線圈采用相同(tóng)步驟進行仿真(zhēn)模拟，如圖(tú)8所(suǒ)示(shì)，爲馬鞍型(xíng)勵磁(cí)線圈。


　　通過模拟結(jié)果可以直(zhí)觀得(dé)出相(xiàng)應空間點(diǎn)和面(miàn)的磁(cí)場大(dà)小、磁場對稱情(qíng)況，爲(wèi)了更好比較不同(tóng)幾何形(xíng)态的磁場(chǎng)沿管中軸線方向。管(guǎn)軸(zhóu)線(xiàn)方向(xiàng)和整(zhěng)個區域内(nèi)的均(jun1)勻度情況(kuàng)，設定(dìng)ε1、ε2、ε33個均勻(yún)度參數，表達式如下

　　仿(páng)真結(jié)果表明，三(sān)種形狀勵(lì)磁(cí)線(xiàn)圈磁感應強度(dù)大小關(guān)系爲：馬鞍形(xíng)最小、彎圓(yuán)形最(zuì)大。均勻度分析表明(míng)，ε1：馬鞍(ān)形最小，彎(wān)菱形(xíng)最大(dà)；ε2：馬鞍(ān)形最(zuì)小，彎菱形最大；ε3：馬鞍(ān)形最(zuì)小，彎(wān)菱形最大。因此(cǐ)，磁感應強度越大，電極(jí)收到的信号越(yuè)大，所以(yǐ)彎圓形效果最(zuì)好；由(yóu)于磁場均(jun1)勻度越小，表明越均(jun1)勻(yún)，渦電流損耗(hào)和磁場邊緣效(xiào)應(yīng)越小，爲(wèi)此，馬(mǎ)鞍型勵(lì)磁(cí)線圈效果最好(hǎo)。
4艦船(chuán)外殼(ké)鹽霧試驗(yàn)及防護
　　艦(jiàn)船(chuán)用電磁流量(liàng)計 外殼材質一(yī)般爲(wèi)鑄鐵(tiě)、鑄鋼(gāng)和不鏽(xiù)鋼(gāng)，海洋(yáng)中鹽(yán)霧(wù)濃度高(gāo)、海水飛沬多造(zào)成設備腐蝕嚴(yán)重，鹽(yán)霧(wù)直(zhí)接影響到設備(bèi)的使用周(zhōu)期和可靠(kào)性，因此，流(liú)量計外殼(ké)應進(jìn)行鹽霧實驗，實(shí)驗方(fāng)法主要有戶外(wài)暴露實驗和實(shí)驗(yàn)室(shì)鹽(yán)霧箱模(mó)拟兩種，使用(yòng)使用标準有gb/t2423.17—2008《電工(gōng)電子産品基本(běn)環境(jìng)試驗規程試驗ka：鹽(yán)霧(wù)試驗(yàn)方法(fǎ)》和gb/t2423.18*2000《電工電子産品環境試(shì)驗第2部(bù)分：試驗(yàn)試驗(yàn)kb：鹽霧，交變（氯化鈉溶液）》。
5結(jié)語
　　電磁流量計(jì)由于其(qí)使(shǐ)用環(huán)境特殊，因(yīn)此其(qí)防爆性能和勵(lì)磁系統研究至(zhì)關重要，對于(yú)電磁流量計(jì)基本原理(lǐ)和防爆電路設(shè)計進行詳細闡(chǎn)述，并(bìng)對不(bú)同形狀線圈感應磁場模拟。

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