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電磁流量計的(de)工作原理
電磁流(liu)量計（ Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是20世紀(jì)50~60年代随着電子技(ji)術的發展而迅速(sù)發展起來的新型(xíng)流量測量儀表。電(diàn)磁流量計是根據(ju)法拉第電磁感應(ying)定律制成的，電磁(cí)流量計用來測量(liang)導電液體體積流(liu)量的儀表。由于其(qí)獨特的優點，電磁(cí)流量計目前已廣(guang)泛地被應用于工(gōng)業過程中各種導(dǎo)電液體的流量測(ce)量，如各種酸、堿、鹽(yán)等腐蝕性介質；電(dian)磁流量計各種漿(jiang)液流量測量，形成(cheng)了獨特的應用領(ling)域。在結構上，電磁(ci)流量計由電磁流(liú)量傳感器和轉換(huan)器兩部分組成。傳(chuan)感器安裝♌在工業(ye)過程管道上，它的(de)作用是将流進管(guǎn)道内的液體體積(jī)流量值線性地變(bian)換成感生電勢信(xin)🌈号，并通過傳輸線(xiàn)将此信号送到轉(zhuan)換器。轉換器安裝(zhuang)在離傳感器不太(tài)遠的地方⭕，它将傳(chuán)感器送來的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量(liang)信号進❄️行放大，并(bing)轉換成流量信号(hào)成正比的标準電(dian)信号輸出，以進行(hang)顯示，累積和調節(jie)控制。電磁流量計(ji) 的基本原理 (一)測(ce)量原理根據法拉(lā)第電磁感應定律(lǜ)，當一導體在磁場(chǎng)中運動切割磁力(li)線時，在導體的兩(liang)端即産生感生電(dian)勢e，其方向由右手(shou)🌏定則💋确定，其大小(xiǎo)與磁場的磁感應(yīng)強度B，導體在磁場(chang)内的長度L及導體(ti)的運動速度u成正(zhèng)比，如果💁B， L，u三者互相(xiàng)💚垂直，則 e＝Blu (3－35) 與此相仿(páng)．在磁感應強度爲(wei)B的均勻磁場中，垂(chui)直于磁場🈲方向♊放(fang)🌂一個内徑爲D的不(bú)導磁管道，當導電(dian)液體在管道中以(yǐ)流速u流動時，導電(dian)流體就切割磁力(li)線．如果在管道截(jie)面上垂直于磁場(chang)的直徑兩端安裝(zhuāng)一對電😄極(圖3—17)則可(kě)以證明，隻要管道(dao)内流速分布爲軸(zhóu)對稱分布，兩電極(ji)之😘間也特産生感(gǎn)生電動勢🆚： e＝BD (3－36) 式中，爲(wei)管道截面上的平(ping)均流速．由此可得(de)管道的體積流量(liàng)爲： qv＝πDUˉ＝（3－37）由上式可見，體(ti)積流量qv與感應電(dian)動勢e和測量管内(nei)⭐徑D成線性關系，與(yǔ)磁場的磁感應強(qiáng)度B成反比，與其它(ta)物理參數無關．這(zhe)就是電磁流量計(jì) 的測量原理．需要(yào)說明的是，要使式(shì)（3—37）嚴格成立，必須使(shǐ)測量條件滿足下(xià)🌈列假定： ①磁場是均(jun)勻分布的恒定磁(cí)場； ②被測流體的流(liu)速軸對稱分布； ③被(bei)測液體是非磁性(xing)的； ④被測液體的電(dian)導率均勻且各向(xiàng)同性。圖3－17電磁流量(liàng)計原理簡圖 1－磁極(ji)；2－電極；3－管道 (二)勵磁(cí)方式勵磁方式即(ji)産生磁場的方式(shi)．由前述可知，爲使(shi)式(3—37)嚴格成立，第一(yī)個必須滿足的條(tiao)件就是要有一個(ge)均勻恒定的磁場(chǎng)．爲此，就需要選擇(zé)一種合适的勵磁(ci)方式。目前，一般有(you)三🐕種勵碰方式，即(ji)⭐直流勵磁、交🌈流勵(li)磁和低頻方波勵(li)磁．現分别予以介(jie)紹． 1．直流勵磁直流(liú)勵磁方式用直流(liú)電産生磁場或采(cai)用永久磁鐵，它能(néng)産生一個恒定的(de)均勻磁場．這種直(zhí)流勵磁變送器的(de)大優點是受交流(liú)電磁場幹擾影響(xiang)很小，因而可以忽(hū)略液體中的自感(gan)現象的影響．但是(shi)，使用直流磁場易(yì)使通過測量管道(dào)的電解質液體被(bèi)極化，即電解質在(zai)電場中被電解，産(chǎn)生正負離子．在電(dian)場力的作用下，負(fu)離子跑向😘正極，正(zhèng)離子跑🌐向負❗極．如(ru)圖3—18所示．這樣，将導(dǎo)緻正負電極分别(bié)被相反極性的離(lí)子所包圍，嚴重影(yǐng)響電磁流量計的(de)正常工作．所以，直(zhí)流勵磁一般隻用(yong)于測量非電🌈解質(zhi)液體，如液态金屬(shu)等．圖3－18直流勵磁方(fāng)式 2．交流勵磁目前(qián)，工業上使用的電(dian)磁流量計，大都采(cai)用工頻(50Hz)電源交流(liú)勵磁方式，即它的(de)磁場是由🐅正弦交(jiao)變❗電流産生的，所(suǒ)以産生的磁場也(yě)是一📧個交變磁👣場(chang)．交變磁場變送器(qì)的主要優點是消(xiāo)除了電極表面的(de)極化于擾．另外，由(yóu)于磁場是交變的(de)，所以輸出信号也(ye)是交變信号，放大(dà)和轉☔換低電平的(de)交流信号要比直(zhí)流信号容易得多(duō)．如果交流磁場的(de)磁感應強度爲 B＝Bm sint （3－38）則(zé)電極上産生的感(gǎn)生電動勢爲 e＝Bm Dsint （3－39）被測(ce)體積流量爲 qv= D （3－40）式中(zhōng)Bm――磁場磁感應強度(du)的大值； ――勵磁電流(liu)的角頻率，＝2f； t――時間； f――電(diàn)源頻率．由式(3－40)可知(zhi)，當測量管内徑D不(bu)變，磁感應強度Bm爲(wei)一定🔅值時，兩電🌏極(jí)上輸出的感生電(dian)動勢e與流量qv成正(zheng)比🌐．這就是交流磁(cí)場電磁流量變送(sòng)器的基本工作原(yuán)理．值得注意的是(shi)，用交流磁場會帶(dài)來一系列的電磁(cí)幹☁️擾問👈題．例如正(zheng)交幹擾．同相幹擾(rǎo)等，這些幹擾信号(hào)與有用💯的流量信(xin)号混🧡雜在一起．因(yin)此，如何正确區分(fèn)流量信号與幹擾(rǎo)信号，并如何有效(xiao)地抑制和排除各(ge)種🎯幹擾信号，就成(chéng)爲交流勵磁電磁(ci)流量計研制的重(zhòng)要課題。 3．低頻方波(bo)勵磁直流勵磁方(fang)式和交流勵滋方(fāng)式各有優缺點，爲(wei)了充分發揮它們(men)的優點，盡量避免(mian)它們的缺點，70年代(dài)以來✌️，人們開始采(cǎi)用低頻方波勵磁(cí)方式．它的勵磁電(dian)流波形如圖🌈3—19所示(shi)，其頻率通常爲工(gong)頻的1／4－l／10．圖3－19方波勵磁(cí)電流波形從圖3－19可(kě)見，在半個周期内(nèi)，磁場是恒穩的直(zhí)流磁場，它具有直(zhí)😍流勵磁的特點，受(shou)電磁幹擾影響很(hěn)小．從整個時間過(guo)程看，方波信号又(yòu)是一個交變的信(xìn)号，所以它能克服(fu)直流勵滋易産生(sheng)的極化現象．因此(ci)，低頻方波勵磁是(shi)一種比較好的勵(li)磁方式，目前已在(zài) 電磁流量計上廣(guǎng)泛的應用．概括一(yī)下，電磁流量計具(ju)有如下幾個優點(diǎn)： ① 電磁流量計能避(bì)免交流磁場的正(zheng)交電磁幹擾； ② 電磁(cí)流量計消除由分(fèn)布電容引起的工(gōng)頻幹擾； ③ 電磁流量(liàng)計抑制交流磁場(chǎng)在管壁和流體内(nei)部引起的電渦流(liu)； ④ 電磁流量計排除(chu)直流勵磁的極化(huà)現象．


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