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電磁(ci)流量計的(de)工作原理
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電磁流量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是(shi)20世紀50~60年(nian)代(dai)随着(zhe)電子技術的發(fa)展而(er)迅(xun)速(su)發展(zhan)起來(lai)的新(xin)型流(liu)量測量儀(yi)表。
電(dian)磁流(liu)量計
是根(gen)據法(fa)拉第電磁感應定律制成(cheng)的，
電磁流量計(ji)
用來(lai)測量(liang)導電(dian)液體(ti)體(ti)積(ji)流量(liang)的儀(yi)表。由(you)于其(qi)獨特的優(you)點，
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
目前(qian)已廣泛地(di)被應(ying)用于工(gong)業過程(cheng)中各種(zhong)導(dao)電液(ye)體的流量測量(liang)，如各種(zhong)酸(suan)、堿、鹽等腐蝕性(xing)介質(zhi)；
電磁流量(liang)計
各(ge)種漿液(ye)流量測(ce)量，形成了(le)獨特的應(ying)用領域。
在(zai)結構上，
電磁流(liu)量計(ji)
由電(dian)磁流(liu)量傳感器(qi)和轉(zhuan)換器(qi)兩部分組(zu)成。傳感器(qi)安裝(zhuang)在工(gong)業(ye)過程管(guan)道上，它(ta)的(de)作用是将流(liu)進管道(dao)内的液體體積(ji)流量(liang)值線性地(di)變換(huan)成(cheng)感(gan)生電(dian)勢信号，并通過(guo)傳輸線将此信(xin)号送(song)到(dao)轉換器(qi)。轉換器(qi)安(an)裝在(zai)離傳感器不太(tai)遠的地方(fang)，它将(jiang)傳感器(qi)送來的(de)流量信号(hao)進行(hang)放大(da)，并轉(zhuan)換成(cheng)流量(liang)信号(hao)成正(zheng)比的(de)标準(zhun)電信(xin)号輸出，以進行(hang)顯示(shi)，累積(ji)和調(diao)節控制。
電磁流(liu)量計(ji)
的基本原(yuan)理
(一)測量(liang)原理(li)
根據(ju)法(fa)拉(la)第電(dian)磁感應定律，當(dang)一導(dao)體在磁場(chang)中運動切(qie)割磁(ci)力線(xian)時，在導體(ti)的兩端(duan)即(ji)産生(sheng)感生電(dian)勢e，其方(fang)向由右手定則(ze)确定(ding)，其(qi)大(da)小與(yu)磁場(chang)的(de)磁感應(ying)強度(du)B，導體在磁(ci)場内的長(zhang)度L及導體(ti)的運動速(su)度u成正(zheng)比(bi)，如果(guo)B， L，u三者(zhe)互相垂直(zhi)，則
e＝Blu (3－35)
與此相仿．在(zai)磁感應(ying)強度爲(wei)B的均(jun)勻磁(ci)場中(zhong)，垂直于磁(ci)場方(fang)向放一個(ge)内徑爲D的(de)不導(dao)磁管(guan)道，當(dang)導電液體(ti)在管(guan)道(dao)中以流(liu)速u流(liu)動時(shi)，導電流體(ti)就切割磁(ci)力線．如(ru)果在管(guan)道截面上(shang)垂直(zhi)于磁(ci)場的直徑兩端(duan)安裝一對(dui)電極(圖(tu)3—17)則(ze)可以(yi)證明，隻(zhi)要管道(dao)内流速(su)分(fen)布爲(wei)軸對(dui)稱分(fen)布，兩(liang)電極(ji)之間也特(te)産生感生電動(dong)勢：
e＝BD (3－36)
式(shi)中，爲(wei)管道(dao)截面(mian)上的平均(jun)流速(su)．由此(ci)可得(de)管道(dao)的體積流(liu)量爲(wei)：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可見，體(ti)積流(liu)量qv與(yu)感應(ying)電動勢e和(he)測量(liang)管内徑D成(cheng)線性(xing)關(guan)系(xi)，與磁(ci)場的(de)磁感應強(qiang)度B成(cheng)反(fan)比，與其(qi)它物理(li)參數無(wu)關．這就是(shi)
電磁流量(liang)計(ji)
的測量(liang)原理．
需(xu)要(yao)說明的是(shi)，要使式（3—37）嚴(yan)格成(cheng)立，必(bi)須使(shi)測量(liang)條件滿足(zu)下列假定(ding)：
①磁場是均(jun)勻分布的(de)恒定磁場(chang)；
②被測(ce)流體(ti)的流速軸(zhou)對稱(cheng)分布(bu)；
③被測(ce)液體(ti)是(shi)非磁性(xing)的；
④被測(ce)液(ye)體的電導(dao)率均勻且(qie)各向(xiang)同性(xing)。
圖3－17電磁流(liu)量計原理(li)簡圖(tu)
1－磁(ci)極；2－電極；3－管道
(二)勵(li)磁方(fang)式
勵(li)磁方(fang)式即産生(sheng)磁(ci)場的方(fang)式．由(you)前(qian)述(shu)可知，爲使式(3—37)嚴格成(cheng)立，第(di)一個(ge)必須(xu)滿足(zu)的條件就(jiu)是要(yao)有(you)一(yi)個均勻恒(heng)定的(de)磁場(chang)．爲此，就需(xu)要選(xuan)擇一(yi)種合适的(de)勵磁(ci)方式。目前，一般(ban)有三種勵(li)碰方式，即(ji)直流(liu)勵磁(ci)、交流勵磁(ci)和低(di)頻方(fang)波勵(li)磁．現(xian)分别予以(yi)介紹．
1．直流(liu)勵磁(ci)
直流(liu)勵磁(ci)方式(shi)用直(zhi)流電産生(sheng)磁場(chang)或(huo)采(cai)用永(yong)久磁(ci)鐵(tie)，它(ta)能産(chan)生一個恒定的(de)均勻(yun)磁場(chang)．這種(zhong)直流勵磁變送(song)器的大優(you)點是(shi)受交(jiao)流電磁場(chang)幹擾影響很小(xiao)，因而(er)可以(yi)忽略(lue)液體(ti)中的自感現象的(de)影(ying)響．但(dan)是，使(shi)用直(zhi)流磁(ci)場易使通過測(ce)量管(guan)道的(de)電解(jie)質液(ye)體(ti)被極化(hua)，即電解質在電(dian)場中(zhong)被電解，産(chan)生正負離(li)子．在(zai)電場(chang)力(li)的作用(yong)下，負(fu)離子(zi)跑向(xiang)正極(ji)，正離(li)子跑(pao)向負極．如圖3—18所示．這(zhe)樣，将導緻(zhi)正負電極分别(bie)被相(xiang)反(fan)極(ji)性的(de)離子所包(bao)圍，嚴(yan)重影(ying)響(xiang)
電(dian)磁流(liu)量計
的正(zheng)常工作．所(suo)以，直(zhi)流勵(li)磁一般隻(zhi)用于(yu)測量(liang)非電(dian)解質(zhi)液體，如(ru)液(ye)态金屬等(deng)．
圖(tu)3－18直流勵(li)磁方(fang)式
2．交(jiao)流勵(li)磁
目前(qian)，工業上(shang)使用的
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
，大都采用(yong)工頻(50Hz)電源(yuan)交流勵磁方(fang)式，即它(ta)的磁(ci)場是(shi)由正(zheng)弦交(jiao)變電流産(chan)生的，所(suo)以(yi)産生(sheng)的磁場也是一(yi)個交(jiao)變(bian)磁(ci)場．交變磁場變送器(qi)的主要(yao)優(you)點是消除了(le)電極表(biao)面的極(ji)化(hua)于擾(rao)．另外，由于(yu)磁場(chang)是交變的(de)，所以輸出信号也是(shi)交變(bian)信号(hao)，放大和轉換低電平(ping)的交(jiao)流信(xin)号要(yao)比直(zhi)流信号容(rong)易得(de)多(duo)．
如(ru)果交(jiao)流磁(ci)場的磁感(gan)應強度(du)爲
B＝Bm sint （3－38）
則電(dian)極上(shang)産(chan)生(sheng)的感(gan)生電動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體積流量爲(wei)
qv= D （3－40）
式中(zhong)Bm――磁場磁感應強(qiang)度的(de)大值(zhi)；
――勵磁(ci)電流(liu)的角(jiao)頻率(lü)，＝2f；
t――時間；
f――電源(yuan)頻率．
由(you)式(3－40)可知(zhi)，當測(ce)量管内徑(jing)D不變，磁感應強(qiang)度Bm爲(wei)一定值時(shi)，兩電極(ji)上(shang)輸出(chu)的感生(sheng)電動勢(shi)e與流(liu)量qv成(cheng)正比(bi)．這就(jiu)是交(jiao)流磁(ci)場電磁流量變送器(qi)的基本工(gong)作原理(li)．
值(zhi)得注意的是，用(yong)交流(liu)磁場(chang)會(hui)帶(dai)來一(yi)系列(lie)的電磁幹(gan)擾問(wen)題．例(li)如正(zheng)交幹(gan)擾．同相幹(gan)擾等(deng)，這(zhe)些幹擾(rao)信号與有(you)用的(de)流量信号(hao)混雜(za)在一(yi)起(qi)．因此，如(ru)何正确區(qu)分流(liu)量信(xin)号與幹擾(rao)信号，并(bing)如(ru)何有效地(di)抑制和排(pai)除各(ge)種幹(gan)擾信号，就(jiu)成(cheng)爲交流(liu)勵磁
電磁流量計
研制的重要(yao)課題。
3．低(di)頻方波(bo)勵磁(ci)
直流(liu)勵磁(ci)方式(shi)和交(jiao)流勵(li)滋方式各(ge)有優(you)缺點，爲了(le)充分(fen)發揮(hui)它們的優(you)點，盡量避(bi)免它(ta)們的(de)缺點，70年代(dai)以來(lai)，人們(men)開始(shi)采用(yong)低頻(pin)方波(bo)勵磁方式．它的(de)勵磁(ci)電流波形(xing)如圖(tu)3—19所(suo)示(shi)，其頻(pin)率通(tong)常(chang)爲(wei)工頻(pin)的1／4－l／10．
圖3－19方(fang)波(bo)勵磁(ci)電流(liu)波形
從圖(tu)3－19可見，在半個周(zhou)期内(nei)，磁場是恒(heng)穩的直流(liu)磁場(chang)，它具(ju)有(you)直(zhi)流勵(li)磁的特點(dian)，受電(dian)磁幹(gan)擾(rao)影響很(hen)小．從(cong)整(zheng)個時間過程看，方波信(xin)号又是一(yi)個交變的(de)信号，所以(yi)它能克(ke)服(fu)直流勵滋(zi)易産生的(de)極化(hua)現象(xiang)．因此(ci)，低頻方(fang)波勵磁(ci)是一種(zhong)比(bi)較好(hao)的勵(li)磁方(fang)式，目(mu)前已在
電磁流(liu)量計
上(shang)廣(guang)泛的(de)應用．概括(kuo)一下(xia)，
電磁(ci)流量計
具(ju)有如下(xia)幾(ji)個優(you)點：
①
電磁(ci)流(liu)量計(ji)
能避(bi)免(mian)交(jiao)流磁(ci)場的(de)正(zheng)交電磁(ci)幹擾；
②
電磁(ci)流量計
消除(chu)由分布(bu)電容(rong)引起的工(gong)頻幹擾；
③
電(dian)磁流(liu)量計
抑制(zhi)交流磁場(chang)在管壁和(he)流體(ti)内(nei)部(bu)引起(qi)的電(dian)渦流；
④
電磁(ci)流量計
排(pai)除直(zhi)流勵(li)磁的極化(hua)現象．
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