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電磁流量(liang)計的工作原理

電(diàn)磁流量計 （ Eletromagnetic Flowmeters 是(shì)20世紀50~60年代随着電(dian)子技術的發展而(ér)迅速發展起來🚶的(de)新🛀型流量測量儀(yí)表。 電磁流量計 是(shi)根據法拉第電磁(cí)感應定律制成的(de)， 電磁流量計 用來(lái)測量導電液體體(tǐ)積流量的儀表。由(yóu)于其獨特的優點(dian)， 電磁流量計 目前(qian)已廣泛地被應用(yong)于工業過程中各(gè)種導電液體的流(liu)量測🏃量，如各種酸(suān)、堿、鹽等腐蝕性介(jiè)質；各(ge)種漿液流量測量(liàng)，形成了獨特的應(ying)用領域。
在結構上(shang)， 電磁流量計 由電(dian)磁流量傳感器和(he)轉換器兩部分組(zu)成。傳感器🧑🏾‍🤝‍🧑🏼安裝💞在(zai)工業過程管道上(shàng)，它的作用是将流(liu)進管道内的液體(ti)體積流量值線性(xing)地變換成感生電(dian)勢信号，并通過傳(chuán)輸線将此信号送(sòng)🆚到轉換👉器。轉換器(qì)安裝在離傳感器(qì)不太遠的地方，它(tā)将傳感器送來的(de)流量信号進行放(fang)大，并轉💜換成流量(liàng)信号成正比的标(biao)準電信号輸出，以(yǐ)進行顯示，累積和(hé)調節控制。
電磁流(liu)量計
(一)測量原理
根據(ju)法拉第電磁感應(ying)定律，當一導體在(zai)磁場中運動切割(ge)👣磁力線時，在導體(ti)的兩端即産生感(gan)生電勢e，其方向由(yóu)右手定則确定，其(qí)大小與磁場的磁(cí)感應💔強度B，導體在(zài)磁場内的長度L及(jí)導體的運動速度(du)u成正比，如果B， L，u三者(zhě)互相垂直，則
e＝Blu       (3－35)
與此(ci)相仿．在磁感應強(qiáng)度爲B的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場方(fāng)向放一個内徑爲(wèi)D的不導磁管道，當(dang)導電液💔體在🆚管道(dào)中以流速u流動時(shí)，導電流體就切割(gē)磁力✊線．如果在管(guǎn)道🈲截面上垂直于(yú)磁場的直徑兩端(duān)安裝一對電極(圖(tú)3—17)則可💛以證明，隻要(yào)管道内流速分布(bù)🐅爲軸對稱分布，兩(liang)電極之間也特産(chan)生感生電動勢：
e＝BD        (3－36)
式(shì)中，爲管道截面上(shàng)的平均流速．由此(ci)可得管道的㊙️體積(jī)⭐流量爲：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由上式可(ke)見，體積流量qv與感(gan)應電動勢e和測量(liang)管内徑D成線❤️性關(guān)系，與磁場的磁感(gan)應強度B成反比，與(yǔ)其它物理參數無(wu)關．這就是 電磁流(liú)量計 的測量原理(li)．
需要說明的是，要(yao)使式（3—37）嚴格成立，必(bì)須使測量條件滿(mǎn)足✌️下列假⭐定：
①磁場(chǎng)是均勻分布的恒(heng)定磁場；
②被測流體(ti)的流速軸對稱分(fen)布；
③被測液體是非(fēi)磁性的；
④被測液體(ti)的電導率均勻且(qiě)各向同性。
圖3－17電磁(cí)流量計原理簡圖(tú)
1－磁極；2－電極；3－管道
(二(er))勵磁方式
勵磁方(fāng)式即産生磁場的(de)方式．由前述可知(zhī)，爲使式(3—37)嚴格成立(lì)，第一個必須滿足(zú)的條件就是要有(you)一個均勻📱恒定的(de)磁場．爲此，就需要(yào)選擇一種合适的(de)勵磁方式。目前，一(yi)般有三種勵碰‼️方(fang)式，即直流勵磁、交(jiāo)流勵磁和♋低頻方(fāng)波勵磁．現分别予(yǔ)以介紹．
1．直流勵磁(cí)
直流勵磁方式用(yong)直流電産生磁場(chǎng)或采用永久磁鐵(tiě)，它✨能🔱産生一個恒(heng)定的均勻磁場．這(zhè)種直流勵磁變送(song)器的最大優點💋是(shì)受📐交流電磁場幹(gan)擾影響很小，因而(ér)可以忽❓略液體中(zhōng)的自感現象的影(ying)響．但是，使用直流(liú)磁場易使通過測(cè)量管道的電解質(zhì)液體📐被極化，即電(diàn)解質在電場中被(bèi)電解，産生正負離(lí)子．在電場力的作(zuo)用下，負離子跑向(xiàng)正極，正離子跑向(xiang)負極．如圖3—18所示．這(zhè)♊樣，将導緻正負電(dian)極分别被相反極(jí)性的離子所包圍(wei)，嚴重影響 電磁流(liu)量計 的正常工作(zuò)．所以，直流勵磁一(yī)般隻用于測量非(fei)電🥵解質液體，如液(yè)态金屬等．
圖3－18直流(liu)勵磁方式
2．交流勵(li)磁
目前，工業上使(shǐ)用的 電磁流量計(ji) ，大都采用工頻(50Hz)電(diàn)源交流勵磁方式(shì)，即它的磁場是由(yóu)正弦交❌變電流産(chan)生的，所以産生的(de)磁場也是一個交(jiāo)✌️變磁場．交變磁❓場(chang)變送器的主要優(yōu)點是消除了電極(jí)表面的極化于🐪擾(rǎo)．另外，由于磁場是(shì)交變的，所以輸出(chu)信号也是交變信(xìn)号，放大和轉換低(di)電平的交流信号(hao)要比直流信✍️号容(rong)易得多．
如果交流(liú)磁場的磁感應強(qiáng)度爲
B＝Bm sint             （3－38）
則電極上産(chan)生的感生電動勢(shì)爲
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體積流量(liàng)爲
qv= D                  （3－40）
式中Bm――磁場磁感(gǎn)應強度的最大值(zhí)；
――勵磁電流的角頻(pin)率，＝2f；
t――時間；
f――電源頻率(lü)．
由式(3－40)可知，當測量(liàng)管内徑D不變，磁感(gan)應強度Bm爲一定值(zhi)時，兩電🥰極上輸出(chū)的感生電動勢e與(yǔ)流量qv成正比．這就(jiù)是交🙇🏻流磁場電磁(ci)流量變送器的基(ji)本工作原理．
值得(de)注意的是，用交流(liu)磁場會帶來一系(xi)列的電磁幹擾問(wen)題．例如正交幹擾(rao)．同相幹擾等，這些(xiē)幹擾信号與有用(yòng)的流量信号混雜(zá)在一起．因此，如何(hé)正确區分流量信(xin)号與幹擾信号，并(bing)如何有✏️效地抑制(zhì)和排除各種幹擾(rǎo)信号，就成爲交流(liú)勵磁 電磁流量計(jì) 研制的重要課題(ti)。
3．低頻方波勵磁
直(zhí)流勵磁方式和交(jiao)流勵滋方式各有(you)優缺點，爲了充分(fèn)發揮🙇🏻它們的優點(dian)，盡量避免它們的(de)缺點，70年代以來，人(ren)們開始采用低頻(pin)方波勵磁方式．它(tā)的勵磁電流波形(xing)如圖3—19所示，其頻率(lǜ)通常爲工頻的1／4－l／10．
圖(tu)3－19方波勵磁電流波(bō)形
從圖3－19可見，在半(ban)個周期内，磁場是(shi)恒穩的直流磁場(chang)，它具有直流勵磁(ci)的特點，受電磁幹(gan)擾影響很小．從整(zheng)個時間過程👉看，方(fāng)波信✔️号又是一個(gè)交變的信号，所以(yi)它能克服直流勵(lì)滋易産生的極化(huà)現象．因此🌂，低頻方(fāng)波勵磁是一種比(bi)較好的勵磁方式(shì)，目前已在 電磁流(liu)量計 上廣泛的應(ying)用．概括一下，具有如下(xia)幾個優點：
① 電磁流(liú)量計 能避免交流(liu)磁場的正交電磁(ci)幹擾；
② 電磁流量計(jì) 消除由分布電容(rong)引起的工頻幹擾(rǎo)；
③ 電磁流量計 抑制(zhi)交流磁場在管壁(bi)和流體内部引起(qi)的電渦流；
④ 電磁流(liu)量計 排除直流勵(lì)磁的極化現象．

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