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電磁(ci)流量(liang)計的(de)工作(zuo)原理(li)
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電磁(ci)流量(liang)計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡(jian)稱
EMF
）
是(shi)20世紀(ji)50~60年代(dai)随着(zhe)電子(zi)技術(shu)的發(fa)展而(er)迅速(su)發展(zhan)起來(lai)的新(xin)型🚶♀️流(liu)🌈量測(ce)量儀(yi)表。
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
是根(gen)據法(fa)拉第(di)電磁(ci)感應(ying)定律(lü)制成(cheng)的，
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
用來(lai)測量(liang)導電(dian)液體(ti)體積(ji)流量(liang)的儀(yi)表。由(you)于其(qi)獨特(te)的優(you)點，
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
目前(qian)已廣(guang)泛地(di)被應(ying)用于(yu)工業(ye)過程(cheng)中各(ge)種導(dao)電液(ye)體的(de)流量(liang)測量(liang)，如各(ge)種酸(suan)、堿、鹽(yan)等腐(fu)蝕性(xing)介質(zhi)；
電磁(ci)流量(liang)計
各(ge)種漿(jiang)液流(liu)量測(ce)量，形(xing)成了(le)獨特(te)的應(ying)用領(ling)域。
在(zai)結構(gou)上，
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
由電(dian)磁流(liu)量傳(chuan)感器(qi)和轉(zhuan)換器(qi)兩部(bu)分組(zu)成。傳(chuan)感器(qi)安裝(zhuang)在工(gong)業過(guo)程管(guan)道上(shang)，它的(de)作用(yong)是将(jiang)流進(jin)管道(dao)内的(de)液體(ti)體積(ji)流量(liang)值線(xian)性地(di)變換(huan)成感(gan)生電(dian)勢信(xin)号，并(bing)通過(guo)傳輸(shu)線将(jiang)此信(xin)号送(song)到轉(zhuan)換器(qi)。轉換(huan)器安(an)裝在(zai)離傳(chuan)感器(qi)不太(tai)遠的(de)地方(fang)，它将(jiang)傳感(gan)器送(song)來的(de)流量(liang)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(shu)出，以(yi)進行(hang)顯示(shi)，累積(ji)和調(diao)節控(kong)制。
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
的基(ji)本原(yuan)理
(一(yi))測量(liang)原理(li)
根據(ju)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律，當(dang)一導(dao)體在(zai)磁場(chang)中運(yun)動切(qie)割磁(ci)力線(xian)時，在(zai)導體(ti)的兩(liang)端即(ji)産生(sheng)感生(sheng)電勢(shi)e，其方(fang)向由(you)💋右手(shou)💯定則(ze)确定(ding)💘，其大(da)小與(yu)磁場(chang)的磁(ci)感應(ying)強度(du)B，導體(ti)在磁(ci)場内(nei)的⁉️長(zhang)度L及(ji)🏃🏻導體(ti)的運(yun)動速(su)度u成(cheng)正比(bi)，如果(guo)😍B， L，u三者(zhe)互相(xiang)垂直(zhi)，則
e＝Blu (3－35)
與(yu)此相(xiang)仿．在(zai)磁感(gan)應強(qiang)度爲(wei)B的均(jun)勻磁(ci)場中(zhong)，垂直(zhi)于磁(ci)場方(fang)💰向放(fang)一個(ge)内徑(jing)爲D的(de)不導(dao)磁管(guan)道，當(dang)導電(dian)液🧑🏾🤝🧑🏼體(ti)在管(guan)道📧中(zhong)以流(liu)速u流(liu)動🈲時(shi)，導電(dian)流體(ti)就切(qie)割磁(ci)力線(xian)．如果(guo)在管(guan)道截(jie)面上(shang)垂直(zhi)于磁(ci)場的(de)直徑(jing)兩端(duan)安🤞裝(zhuang)一對(dui)電🈚極(ji)(圖3—17)則(ze)可以(yi)證明(ming)，隻👣要(yao)管道(dao)内😍流(liu)速分(fen)布爲(wei)軸對(dui)稱分(fen)布，兩(liang)電極(ji)之間(jian)也特(te)産生(sheng)感生(sheng)電動(dong)勢：
e＝BD (3－36)
式(shi)中，爲(wei)管道(dao)截面(mian)上的(de)平均(jun)流速(su)．由此(ci)可得(de)管道(dao)的體(ti)積流(liu)量爲(wei)：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上(shang)式可(ke)見，體(ti)積流(liu)量qv與(yu)感應(ying)電動(dong)勢e和(he)測量(liang)管内(nei)徑D成(cheng)線性(xing)關系(xi)，與磁(ci)場的(de)磁感(gan)應強(qiang)度B成(cheng)反比(bi)，與其(qi)它物(wu)理參(can)數無(wu)關．這(zhe)就是(shi)
電磁(ci)流量(liang)計
的(de)測量(liang)原理(li)．
需要(yao)說明(ming)的是(shi)，要使(shi)式（3—37）嚴(yan)格成(cheng)立，必(bi)須使(shi)測量(liang)條件(jian)⛱️滿足(zu)下列(lie)☂️假定(ding)：
①磁場(chang)是均(jun)勻分(fen)布的(de)恒定(ding)磁場(chang)；
②被測(ce)流體(ti)的流(liu)速軸(zhou)對稱(cheng)分布(bu)；
③被測(ce)液體(ti)是非(fei)磁性(xing)的；
④被(bei)測液(ye)體的(de)電導(dao)率均(jun)勻且(qie)各向(xiang)同性(xing)。
圖3－17電(dian)磁流(liu)量計(ji)原理(li)簡圖(tu)
1－磁極(ji)；2－電極(ji)；3－管道(dao)
(二)勵(li)磁方(fang)式
勵(li)磁方(fang)式即(ji)産生(sheng)磁場(chang)的方(fang)式．由(you)前述(shu)可知(zhi)，爲使(shi)式(3—37)嚴(yan)❄️格成(cheng)立，第(di)一個(ge)必須(xu)滿足(zu)的條(tiao)件就(jiu)是要(yao)有一(yi)個均(jun)勻恒(heng)定的(de)磁場(chang)．爲此(ci)，就🈲需(xu)要選(xuan)擇一(yi)種合(he)适的(de)勵磁(ci)方式(shi)。目前(qian)，一🙇♀️般(ban)有三(san)種勵(li)碰方(fang)式，即(ji)直流(liu)勵磁(ci)、交流(liu)勵磁(ci)和低(di)頻方(fang)波勵(li)磁．現(xian)分别(bie)予以(yi)介紹(shao)．
1．直流(liu)勵磁(ci)
直流(liu)勵磁(ci)方式(shi)用直(zhi)流電(dian)産生(sheng)磁場(chang)或采(cai)用永(yong)久磁(ci)鐵，它(ta)🧑🏾🤝🧑🏼能📐産(chan)生一(yi)個恒(heng)定的(de)均勻(yun)磁場(chang)．這種(zhong)直流(liu)勵磁(ci)變送(song)器的(de)大優(you)點是(shi)🌐受交(jiao)流電(dian)磁場(chang)幹擾(rao)影響(xiang)很小(xiao)，因而(er)可🌈以(yi)忽略(lue)液體(ti)中㊙️的(de)自感(gan)現象(xiang)的影(ying)響．但(dan)是，使(shi)♊用直(zhi)流磁(ci)場易(yi)使通(tong)過測(ce)量管(guan)道的(de)電解(jie)質液(ye)體被(bei)🐉極化(hua)，即電(dian)解📐質(zhi)在電(dian)場中(zhong)被電(dian)解，産(chan)生正(zheng)負離(li)子．在(zai)🤞電場(chang)力的(de)作用(yong)下，負(fu)離子(zi)跑向(xiang)正極(ji)，正離(li)子跑(pao)向負(fu)極．如(ru)圖3—18所(suo)示．這(zhe)樣，将(jiang)導緻(zhi)正負(fu)電極(ji)分别(bie)被相(xiang)反極(ji)性的(de)離子(zi)所包(bao)圍，嚴(yan)重影(ying)響
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
的正(zheng)常工(gong)作．所(suo)以，直(zhi)流勵(li)磁一(yi)般隻(zhi)用于(yu)測量(liang)非電(dian)⭕解📞質(zhi)🌈液👄體(ti)，如液(ye)态金(jin)屬等(deng)．
圖3－18直(zhi)流勵(li)磁方(fang)式
2．交(jiao)流勵(li)磁
目(mu)前，工(gong)業上(shang)使用(yong)的
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
，大都(dou)采用(yong)工頻(pin)(50Hz)電源(yuan)交流(liu)勵磁(ci)方式(shi)，即它(ta)的磁(ci)場是(shi)由正(zheng)弦交(jiao)變電(dian)流産(chan)生的(de)，所以(yi)産生(sheng)的磁(ci)場也(ye)是一(yi)個交(jiao)👉變磁(ci)☀️場．交(jiao)變磁(ci)場變(bian)✔️送器(qi)的主(zhu)要優(you)點是(shi)消除(chu)了電(dian)極❄️表(biao)面的(de)極化(hua)于擾(rao)．另外(wai)，由于(yu)磁場(chang)是交(jiao)變的(de)，所以(yi)輸出(chu)信号(hao)也是(shi)交變(bian)信号(hao)，放大(da)和轉(zhuan)換低(di)電平(ping)的交(jiao)流信(xin)号要(yao)比直(zhi)流信(xin)号容(rong)易得(de)多．
如(ru)果交(jiao)流磁(ci)場的(de)磁感(gan)應強(qiang)度爲(wei)
B＝Bm sint （3－38）
則電(dian)極上(shang)産生(sheng)的感(gan)生電(dian)動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被(bei)測體(ti)積流(liu)量爲(wei)
qv= D （3－40）
式中(zhong)Bm――磁場(chang)磁感(gan)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(jian)；
f――電源(yuan)頻率(lü)．
由式(shi)(3－40)可知(zhi)，當測(ce)量管(guan)内徑(jing)D不變(bian)，磁感(gan)應強(qiang)度Bm爲(wei)一定(ding)值時(shi)，兩🔆電(dian)極上(shang)輸出(chu)的感(gan)生電(dian)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(dian)磁流(liu)量變(bian)送器(qi)的基(ji)本工(gong)作原(yuan)🥵理．
值(zhi)得注(zhu)意的(de)是，用(yong)交流(liu)磁場(chang)會帶(dai)來一(yi)系列(lie)的電(dian)磁幹(gan)擾問(wen)🏃🏻♂️題🔞．例(li)如正(zheng)交幹(gan)擾．同(tong)相幹(gan)擾等(deng)，這些(xie)幹擾(rao)信🎯号(hao)與有(you)用的(de)流量(liang)信号(hao)混雜(za)在一(yi)起．因(yin)此，如(ru)何正(zheng)确區(qu)分流(liu)量信(xin)号與(yu)幹擾(rao)信号(hao)，并如(ru)何有(you)效地(di)抑制(zhi)和🔞排(pai)除各(ge)種幹(gan)擾信(xin)号，就(jiu)成爲(wei)交流(liu)勵磁(ci)
電磁(ci)流量(liang)計
研(yan)制的(de)重要(yao)課題(ti)。
3．低頻(pin)方波(bo)勵磁(ci)
直流(liu)勵磁(ci)方式(shi)和交(jiao)流勵(li)滋方(fang)式各(ge)有優(you)缺點(dian)，爲了(le)充分(fen)👉發💞揮(hui)它們(men)的優(you)點，盡(jin)量避(bi)免它(ta)們的(de)缺點(dian)，70年代(dai)🈲以來(lai)，人們(men)♌開始(shi)采用(yong)低頻(pin)方波(bo)勵磁(ci)方式(shi)．它的(de)勵磁(ci)電流(liu)波形(xing)如圖(tu)3—19所示(shi)，其頻(pin)率通(tong)常爲(wei)工💃頻(pin)的1／4－l／10．
圖(tu)3－19方波(bo)勵磁(ci)電流(liu)波形(xing)
從圖(tu)3－19可見(jian)，在半(ban)個周(zhou)期内(nei)，磁場(chang)是恒(heng)穩的(de)直流(liu)磁場(chang)，它具(ju)有直(zhi)☀️流勵(li)磁的(de)特點(dian)，受電(dian)磁幹(gan)擾影(ying)響很(hen)小．從(cong)整個(ge)時間(jian)過程(cheng)看，方(fang)波信(xin)号又(you)是一(yi)個交(jiao)變的(de)信号(hao)，所以(yi)它💜能(neng)克服(fu)直流(liu)勵滋(zi)易産(chan)🌏生的(de)極🐅化(hua)現象(xiang)．因此(ci)，低頻(pin)方波(bo)勵磁(ci)是一(yi)種比(bi)較好(hao)✔️的勵(li)磁方(fang)式，目(mu)前已(yi)在
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
上廣(guang)泛的(de)應用(yong)．概括(kuo)一下(xia)，
電磁(ci)流量(liang)計
具(ju)有如(ru)下幾(ji)個優(you)點：
①
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
能避(bi)免交(jiao)流磁(ci)場的(de)正交(jiao)電磁(ci)幹擾(rao)；
②
電磁(ci)流量(liang)計
消(xiao)除由(you)分布(bu)電容(rong)引起(qi)的工(gong)頻幹(gan)擾；
③
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
抑制(zhi)交流(liu)磁場(chang)在管(guan)壁和(he)流體(ti)内部(bu)引起(qi)的電(dian)渦流(liu)；
④
電磁(ci)流量(liang)計
排(pai)除直(zhi)流勵(li)磁的(de)極化(hua)現象(xiang)．
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