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電磁流(liú)量計的工(gōng)作原理
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電(diàn)磁流量計(ji)
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世(shi)紀50~60年代随(sui)着電子技(jì)術的發展(zhǎn)而迅速發(fā)展起來🈲的(de)新🚩型👨❤️👨流量(liàng)測量儀表(biao)。
電磁流量(liàng)計
是根據(jù)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律制成的(de)，
電磁流量(liàng)計
用來測(cè)量導電液(ye)體體積流(liu)量的儀表(biao)。由于其獨(dú)特❄️的優點(dian)，
電磁流量(liàng)計
目前已(yi)廣泛地被(bèi)應用于工(gong)業過程中(zhōng)各種導電(diàn)液體的流(liu)量測量，如(ru)各種酸、堿(jian)、鹽等腐蝕(shí)性介質；
電(dian)磁流量計(ji)
各種漿液(ye)流量測量(liàng)，形成了獨(dú)特的應用(yòng)領域。
在結(jie)構上，
電磁(cí)流量計
由(you)電磁流量(liàng)傳感器和(hé)轉換器兩(liǎng)部分組成(chéng)。傳感器🥰安(an)裝在工業(ye)過程管道(dao)上，它的作(zuo)用是将流(liu)進管道内(nei)的液體體(tǐ)積流量值(zhi)線性地變(bian)換成感生(sheng)電勢信号(hao)，并通過傳(chuan)輸線将此(ci)信号送✉️到(dao)轉換器。轉(zhuan)換器安裝(zhuang)在離傳感(gan)器不太遠(yuan)的地方，它(tā)将傳感🚶♀️器(qi)送來的🔞流(liu)量信号進(jìn)🛀🏻行放大，并(bing)轉換成流(liú)量信号成(cheng)正比的标(biao)準電信号(hào)輸出，以進(jìn)行顯示㊙️，累(lei)積和調節(jie)控制。
電磁(cí)流量計
的(de)基本原理(lǐ)
(一)測量原(yuan)理
根據法(fǎ)拉第電磁(cí)感應定律(lü)，當一導體(ti)在磁場中(zhōng)運動切割(gē)磁🧑🏽🤝🧑🏻力線時(shí)，在導體的(de)兩端即産(chǎn)生感生電(dian)勢✊e，其方向(xiang)由右手定(dìng)則👄确定，其(qí)大小與磁(cí)場的磁感(gǎn)應強度B，導(dǎo)體在磁場(chang)内的長度(du)L及導體的(de)運動速度(dù)u成正比，如(rú)果B， L，u三者互(hù)相垂直，則(zé)
e＝Blu (3－35)
與此相仿(pang)．在磁感應(ying)強度爲B的(de)均勻磁場(chǎng)中，垂直于(yú)磁🌏場🌈方向(xiàng)放一個内(nei)徑爲D的不(bú)導磁管道(dào)，當導電液(yè)體在管道(dào)中以🍉流速(su)u流動時，導(dao)電流體就(jiu)切割磁力(lì)線．如果🐅在(zài)管道截面(miàn)上垂直于(yú)磁場的直(zhi)徑兩端安(ān)裝一對電(dian)極(圖3—17)則可(ke)以證明，隻(zhī)要管道内(nèi)流速分布(bu)✌️爲軸對稱(chēng)分布，兩電(diàn)極之間也(yě)特産生感(gǎn)生電動勢(shi)🔅：
e＝BD (3－36)
式中，爲管(guan)道截面上(shang)的平均流(liu)速．由此可(kě)得管道的(de)體積流量(liàng)爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式(shì)可見，體積(ji)流量qv與感(gan)應電動勢(shi)e和測量管(guan)内徑D成線(xian)性關系，與(yu)磁場的磁(ci)感應強度(du)B成反比，與(yu)其它物理(li)參數無關(guan)．這就是
電(diàn)磁流量計(ji)
的測量原(yuan)理．
需要說(shuō)明的是，要(yào)使式（3—37）嚴格(gé)成立，必須(xu)使測量條(tiáo)件滿足下(xia)列假定：
①磁(cí)場是均勻(yún)分布的恒(heng)定磁場；
②被(bei)測流體的(de)流速軸對(duì)稱分布；
③被(bei)測液體是(shi)非磁性的(de)；
④被測液體(ti)的電導率(lǜ)均勻且各(gè)向同性。
圖(tu)3－17電磁流量(liàng)計原理簡(jian)圖
1－磁極；2－電(dian)極；3－管道
(二(er))勵磁方式(shi)
勵磁方式(shi)即産生磁(ci)場的方式(shi)．由前述可(kě)知，爲使式(shì)(3—37)嚴格成立(lì)☁️，第一個必(bi)須滿足的(de)條件就是(shì)要有一個(ge)均勻恒定(ding)🧡的磁場．爲(wei)此，就需要(yao)選擇一種(zhong)合适的勵(li)磁方式。目(mù)前，一☂️般有(yǒu)三種勵碰(peng)方式，即直(zhi)流勵磁、交(jiao)流勵磁和(he)低頻方波(bō)勵磁．現分(fen)别予以介(jie)紹．
1．直流勵(lì)磁
直流勵(li)磁方式用(yòng)直流電産(chan)生磁場或(huò)采用永久(jiu)磁鐵，它能(néng)産生一個(ge)恒定的均(jun1)勻磁場．這(zhè)種直流勵(li)磁變送器(qi)的最大優(you)點是受交(jiāo)流電磁場(chǎng)幹擾影響(xiǎng)很小，因而(er)可以忽💁略(luè)液體中的(de)自感現象(xiàng)的影響．但(dan)是，使用直(zhi)流磁場易(yi)使通過測(ce)量管道的(de)電解質液(yè)體💜被極化(huà)，即電❌解質(zhi)在電場中(zhōng)被電解，産(chǎn)生正負離(li)子．在電場(chang)力的作用(yong)下，負離子(zǐ)跑向正極(jí)，正離子跑(pao)向負極．如(rú)圖3—18所示．這(zhè)樣，将導緻(zhì)正負電極(ji)分别被相(xiang)反極性的(de)離子所包(bao)圍，嚴重影(ying)響
電磁流(liú)量計
的正(zheng)常工作．所(suo)以，直流勵(li)磁一般隻(zhi)用于測量(liàng)非電☂️解♻️質(zhi)液體，如液(ye)态金屬等(děng)．
圖3－18直流勵(li)磁方式
2．交(jiao)流勵磁
目(mu)前，工業上(shang)使用的
電(diàn)磁流量計(ji)
，大都采用(yong)工頻(50Hz)電源(yuan)交流勵磁(cí)方式，即它(tā)的磁場是(shi)由正弦☂️交(jiāo)變電流産(chǎn)生的，所以(yi)産生的磁(cí)場也是一(yī)個交變磁(ci)⭐場．交變磁(ci)場變送器(qi)的主要優(you)點是消除(chú)了電極😍表(biao)面的極化(hua)于擾．另外(wài)，由于磁場(chǎng)是交變的(de)📧，所以輸出(chu)信号也是(shi)🔴交變信号(hao)，放大和轉(zhuan)換低電平(ping)☀️的交流信(xin)号要比直(zhí)流信号容(rong)易得多💞．
如(ru)果交流磁(cí)場的磁感(gǎn)應強度爲(wei)
B＝Bm sint （3－38）
則電極上(shang)産生的感(gan)生電動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體(ti)積流量爲(wèi)
qv= D （3－40）
式中Bm――磁場(chǎng)磁感應強(qiang)度的最大(dà)值；
――勵磁電(diàn)流的角頻(pín)率，＝2f；
t――時間；
f――電(diàn)源頻率．
由(you)式(3－40)可知，當(dang)測量管内(nei)徑D不變，磁(ci)感應強度(du)Bm爲一定值(zhi)時💃，兩電極(jí)上輸出的(de)感生電動(dong)勢e與流量(liang)qv成正比．這(zhè)就是交流(liú)磁場電磁(ci)流量變送(sòng)器的基本(ben)工作原☁️理(li)．
值得注意(yi)的是，用交(jiao)流磁場會(hui)帶來一系(xì)列的電磁(ci)幹擾問題(tí)．例如正交(jiao)幹擾．同相(xiàng)幹擾等，這(zhe)些幹擾信(xìn)号與有用(yòng)🈲的流量信(xìn)号混雜在(zai)一起．因此(cǐ)，如何正确(què)區分流量(liang)信号與幹(gàn)擾信号，并(bìng)如何有效(xiào)地抑制和(he)排除各種(zhǒng)幹擾信号(hào)，就成爲交(jiāo)流勵磁
電(dian)磁流量計(jì)
研制的重(zhong)要課題。
3．低(di)頻方波勵(li)磁
直流勵(li)磁方式和(he)交流勵滋(zi)方式各有(you)優缺點，爲(wèi)了♊充分發(fa)🏃🏻♂️揮它🈲們的(de)優點，盡量(liang)避免它們(men)的缺點，70年(nián)代♌以來，人(ren)們🔆開始采(cai)用低頻方(fang)波勵磁方(fang)式．它的勵(lì)磁電流波(bo)形如圖3—19所(suo)示，其頻率(lü)通常爲工(gōng)頻的1／4－l／10．
圖3－19方(fang)波勵磁電(diàn)流波形
從(cong)圖3－19可見，在(zài)半個周期(qī)内，磁場是(shì)恒穩的直(zhí)流磁場，它(ta)具有直流(liú)勵磁的特(tè)點，受電磁(cí)幹擾影響(xiǎng)很小．從整(zheng)個時間🙇♀️過(guo)程看，方波(bo)信号又是(shì)一個交變(biàn)的信号，所(suǒ)以它能克(kè)服直流勵(lì)滋易産生(sheng)的極化現(xiàn)象．因此，低(di)頻方波勵(li)磁是一種(zhǒng)比較好的(de)勵磁方式(shi)，目前已在(zai)
電磁流量(liang)計
上廣泛(fan)的應用．概(gai)括一下，
電(dian)磁流量計(ji)
具有如下(xia)幾個優點(diǎn)：
①
電磁流量(liang)計
能避免(mian)交流磁場(chǎng)的正交電(dian)磁幹擾；
②
電(dian)磁流量計(ji)
消除由分(fen)布電容引(yǐn)起的工頻(pin)幹擾；
③
電磁(ci)流量計
抑(yì)制交流磁(ci)場在管壁(bi)和流體内(nèi)部引起的(de)電渦流；
④
電(dian)磁流量計(ji)
排除直流(liú)勵磁的極(jí)化現象．
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