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電磁(ci)流量計(ji)的工作(zuo)原理
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電(dian)磁流量(liang)計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱(cheng)
EMF
）
是20世紀(ji)50~60年代随(sui)着電子(zi)技術的(de)發展而(er)迅速發(fa)展起🏃來(lai)的新型(xing)流💚量測(ce)量儀表(biao)。
電磁流(liu)量計
是(shi)根據法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)定律制(zhi)成的，
電(dian)磁流量(liang)計
用來(lai)測量導(dao)電液體(ti)體積流(liu)量的儀(yi)表。由于(yu)其獨特(te)的優點(dian)，
電磁流(liu)量計
目(mu)前已廣(guang)泛地被(bei)應用于(yu)工業過(guo)程中各(ge)種導電(dian)液體的(de)流量測(ce)量，如各(ge)種酸、堿(jian)、鹽等腐(fu)蝕性介(jie)質；
電磁(ci)流量計(ji)
各種漿(jiang)液流量(liang)測量，形(xing)成了獨(du)特的應(ying)用領域(yu)。
在結構(gou)上，
電磁(ci)流量計(ji)
由電磁(ci)流量傳(chuan)感器和(he)轉換器(qi)兩部分(fen)組成。傳(chuan)感器安(an)裝在工(gong)業過程(cheng)管道上(shang)，它的作(zuo)用是将(jiang)流進管(guan)道内的(de)液體體(ti)積流量(liang)值線性(xing)地變換(huan)成感生(sheng)電勢信(xin)㊙️号，并通(tong)過傳輸(shu)線将此(ci)信号送(song)到轉換(huan)器。轉換(huan)器安裝(zhuang)在離傳(chuan)感器不(bu)太遠的(de)地方🈲，它(ta)将傳感(gan)器送來(lai)的流量(liang)信号進(jin)🚶♀️行放大(da)，并轉換(huan)成流量(liang)信号成(cheng)正比的(de)👈标準電(dian)信号⚽輸(shu)出，以進(jin)行顯示(shi)，累積和(he)調節控(kong)制。
電磁(ci)流量計(ji)
的基本(ben)原理
(一(yi))測量原(yuan)理
根據(ju)法拉第(di)電磁感(gan)應定律(lü)，當一導(dao)體在磁(ci)場中運(yun)動切割(ge)✨磁力線(xian)時，在導(dao)體的兩(liang)端即産(chan)生感生(sheng)電勢e，其(qi)方向由(you)右手定(ding)則确定(ding)，其大小(xiao)與磁場(chang)的磁感(gan)應強度(du)B，導體在(zai)磁場内(nei)的長度(du)L及導體(ti)的運動(dong)速度u成(cheng)正比，如(ru)果B， L，u三者(zhe)互相垂(chui)直，則
e＝Blu (3－35)
與(yu)此相仿(pang)．在磁感(gan)應強度(du)爲B的均(jun)勻磁場(chang)中，垂直(zhi)于磁🌍場(chang)方⭐向放(fang)一個内(nei)徑爲D的(de)不導磁(ci)管道，當(dang)導電液(ye)體在管(guan)道中以(yi)流速u流(liu)動時，導(dao)電流體(ti)就切割(ge)磁力線(xian)．如果在(zai)管道截(jie)面上垂(chui)直于磁(ci)場的直(zhi)徑兩端(duan)安裝一(yi)對電極(ji)(圖3—17)則可(ke)以證明(ming)，隻要管(guan)道内流(liu)速分布(bu)爲軸對(dui)稱分㊙️布(bu)，兩電極(ji)之間也(ye)特産生(sheng)感生電(dian)動勢💔：
e＝BD (3－36)
式(shi)中，爲管(guan)道截面(mian)上的平(ping)均流速(su)．由此可(ke)得管道(dao)的體積(ji)流量爲(wei)：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式(shi)可見，體(ti)積流量(liang)qv與感應(ying)電動勢(shi)e和測量(liang)管内徑(jing)D成線性(xing)關系，與(yu)磁場的(de)磁感應(ying)強度B成(cheng)反比，與(yu)其它物(wu)理參數(shu)無💜關．這(zhe)㊙️就是
電(dian)磁流量(liang)計
的測(ce)量原理(li)．
需要說(shuo)明的是(shi)，要使式(shi)（3—37）嚴格成(cheng)立，必須(xu)使測量(liang)條件滿(man)足下列(lie)假定：
①磁(ci)場是均(jun)勻分布(bu)的恒定(ding)磁場；
②被(bei)測流體(ti)的流速(su)軸對稱(cheng)分布；
③被(bei)測液體(ti)是非磁(ci)性的；
④被(bei)測液體(ti)的電導(dao)率均勻(yun)且各向(xiang)同性。
圖(tu)3－17電磁流(liu)量計原(yuan)理簡圖(tu)
1－磁極；2－電(dian)極；3－管道(dao)
(二)勵磁(ci)方式
勵(li)磁方式(shi)即産生(sheng)磁場的(de)方式．由(you)前述可(ke)知，爲使(shi)式(3—37)嚴格(ge)🏃🏻成立，第(di)🚶一個必(bi)須滿足(zu)的條件(jian)就是要(yao)有一個(ge)均勻☁️恒(heng)定的磁(ci)場．爲此(ci)，就需要(yao)選擇一(yi)種合适(shi)的勵磁(ci)方式。目(mu)前，一🔞般(ban)有三種(zhong)勵碰方(fang)式，即直(zhi)流勵磁(ci)、交流勵(li)磁和低(di)頻方波(bo)勵磁．現(xian)分别予(yu)以介紹(shao)．
1．直流勵(li)磁
直流(liu)勵磁方(fang)式用直(zhi)流電産(chan)生磁場(chang)或采用(yong)永久磁(ci)鐵，它能(neng)🧑🏽🤝🧑🏻産🤩生一(yi)個恒定(ding)的均勻(yun)磁場．這(zhe)種直流(liu)勵磁📧變(bian)送器的(de)大優點(dian)是受交(jiao)流電磁(ci)場幹擾(rao)影響很(hen)小，因而(er)可以忽(hu)略液體(ti)中的自(zi)感現象(xiang)的影響(xiang)．但是，使(shi)用直流(liu)磁場易(yi)使通過(guo)測量管(guan)道的電(dian)解質液(ye)體被極(ji)化，即電(dian)解❤️質在(zai)電場中(zhong)被電解(jie)，産生正(zheng)負離子(zi)．在電場(chang)力的作(zuo)用下，負(fu)離子跑(pao)向💋正極(ji)，正離子(zi)跑向負(fu)極．如圖(tu)3—18所示．這(zhe)樣，将導(dao)緻正負(fu)電極分(fen)别被相(xiang)反極✌️性(xing)的離子(zi)所包圍(wei)，嚴重影(ying)響
電磁(ci)流量計(ji)
的正常(chang)工作．所(suo)以，直流(liu)勵磁一(yi)般隻用(yong)于測量(liang)非電解(jie)🌈質液🏒體(ti)😘，如👅液态(tai)金屬等(deng)．
圖3－18直流(liu)勵磁方(fang)式
2．交流(liu)勵磁
目(mu)前，工業(ye)上使用(yong)的
電磁(ci)流量計(ji)
，大都采(cai)用工頻(pin)(50Hz)電源交(jiao)流勵磁(ci)方式，即(ji)它的磁(ci)場是由(you)正🈲弦交(jiao)🚩變電流(liu)産生的(de)，所以産(chan)生的磁(ci)場也是(shi)一個交(jiao)❤️變磁場(chang)．交變磁(ci)場變送(song)器的主(zhu)要優點(dian)是消除(chu)了電極(ji)表面的(de)極化于(yu)擾．另外(wai)，由于磁(ci)場是交(jiao)變的，所(suo)以輸出(chu)信号也(ye)是交變(bian)信号，放(fang)大和轉(zhuan)換低電(dian)平👣的交(jiao)流信号(hao)要比直(zhi)流信号(hao)容易得(de)多．
如果(guo)交流磁(ci)場的磁(ci)感應強(qiang)度爲
B＝Bm sint （3－38）
則(ze)電極上(shang)産生的(de)感生電(dian)動勢爲(wei)
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體(ti)積流量(liang)爲
qv= D （3－40）
式中(zhong)Bm――磁場磁(ci)感應強(qiang)度的大(da)值；
――勵磁(ci)電流的(de)角頻率(lü)，＝2f；
t――時間；
f――電(dian)源頻率(lü)．
由式(3－40)可(ke)知，當測(ce)量管内(nei)徑D不變(bian)，磁感應(ying)強度Bm爲(wei)一定值(zhi)✂️時🌈，兩電(dian)極上輸(shu)出的感(gan)生電動(dong)勢e與流(liu)量qv成正(zheng)比．這就(jiu)是交流(liu)磁場電(dian)🤟磁流量(liang)變送器(qi)的基本(ben)工作原(yuan)理．
值得(de)注意的(de)是，用交(jiao)流磁場(chang)會帶來(lai)一系列(lie)的電磁(ci)🔅幹擾問(wen)題．例如(ru)正交幹(gan)擾．同相(xiang)幹擾等(deng)，這些幹(gan)擾信号(hao)與有用(yong)的流量(liang)信号混(hun)雜在一(yi)起．因此(ci)，如何正(zheng)确區分(fen)流量信(xin)号與幹(gan)擾信号(hao)，并如何(he)有效地(di)抑制和(he)排除各(ge)種🌈幹擾(rao)信号，就(jiu)成爲交(jiao)流勵磁(ci)
電磁流(liu)量計
研(yan)制的重(zhong)要課題(ti)。
3．低頻方(fang)波勵磁(ci)
直流勵(li)磁方式(shi)和交流(liu)勵滋方(fang)式各有(you)優缺點(dian)，爲了充(chong)🐕分發😍揮(hui)它🛀們的(de)優點，盡(jin)量避免(mian)它們的(de)缺點，70年(nian)代以來(lai)，人們開(kai)始采用(yong)低頻方(fang)波勵磁(ci)方式．它(ta)的勵磁(ci)電流波(bo)形如圖(tu)3—19所示，其(qi)🔞頻率通(tong)常爲工(gong)頻的1／4－l／10．
圖(tu)3－19方波勵(li)磁電流(liu)波形
從(cong)圖3－19可見(jian)，在半個(ge)周期内(nei)，磁場是(shi)恒穩的(de)直流磁(ci)場，它具(ju)🔴有直流(liu)勵磁的(de)特點，受(shou)電磁幹(gan)擾影響(xiang)很小．從(cong)整個時(shi)間過程(cheng)看，方波(bo)信🎯号又(you)是一個(ge)交變的(de)信号💋，所(suo)以它能(neng)克服直(zhi)流勵滋(zi)易産⛹🏻♀️生(sheng)的極化(hua)現象．因(yin)此，低頻(pin)方波勵(li)磁是一(yi)種比較(jiao)好的勵(li)磁方🛀🏻式(shi)，目前已(yi)在
電磁(ci)流量計(ji)
上廣泛(fan)的應用(yong)．概括一(yi)下，
電磁(ci)流量計(ji)
具有如(ru)下幾個(ge)優點：
①
電(dian)磁流量(liang)計
能避(bi)免交流(liu)磁場的(de)正交電(dian)磁幹擾(rao)；
②
電磁流(liu)量計
消(xiao)除由分(fen)布電容(rong)引起的(de)工頻幹(gan)擾；
③
電磁(ci)流量計(ji)
抑制交(jiao)流磁場(chang)在管壁(bi)和流體(ti)内部引(yin)起的電(dian)渦流☎️；
④
電(dian)磁流量(liang)計
排除(chu)直流勵(li)磁的極(ji)化現象(xiang)．
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