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電磁流(liu)量計的工(gōng)作原理
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電(dian)磁流量計(ji)
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Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世(shì)紀50~60年代随(suí)着電子技(jì)術的發展(zhan)而迅速發(fa)展起來的(de)新型流量(liang)測量儀表(biao)。
電磁流量(liang)計
是根據(ju)法拉第電(diàn)磁感應定(dìng)律制成的(de)，
電磁流量(liang)計
用來測(cè)量導電液(ye)體體積流(liú)量的儀表(biǎo)。由于其獨(du)特的優🔞點(diǎn)，
電磁流量(liàng)計
目前已(yi)廣泛地被(bèi)應用于工(gōng)業過程中(zhōng)各種導電(diàn)液體的🆚流(liu)量測量，如(rú)各種酸、堿(jian)、鹽等腐蝕(shi)性介質；
電(diàn)磁流量計(ji)
各種漿液(ye)流量測量(liang)，形成了獨(du)特的應用(yòng)領域。
在結(jie)構上，
電磁(cí)流量計
由(you)電磁流量(liang)傳感器和(he)轉換器兩(liǎng)部分組成(cheng)。傳感器安(an)裝在工業(ye)過程管道(dào)上，它的作(zuo)用是将流(liu)進管道内(nei)的💯液體體(ti)積流量🌈值(zhi)線性地變(biàn)換成感生(sheng)電勢信号(hao)，并通過傳(chuán)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(qì)送來的流(liú)量信号進(jin)🏃🏻♂️行放大，并(bìng)轉換成流(liú)量信号成(chéng)正比的标(biao)準電信号(hào)💯輸出，以進(jìn)行顯示，累(lèi)積和調節(jie)控制。
電磁(ci)流量計
的(de)基本原理(lǐ)
(一)測量原(yuan)理
根據法(fa)拉第電磁(cí)感應定律(lü)，當一導體(ti)在磁場中(zhōng)運動切👉割(ge)磁力線時(shí)，在導體的(de)兩端即産(chǎn)生感生電(diàn)勢e，其方向(xiàng)由右手定(ding)則确定♻️，其(qí)大小與磁(ci)場的磁感(gǎn)應強度B，導(dao)🤟體在磁🐆場(chǎng)内的長度(dù)L及導體的(de)運動速度(du)u成正比，如(rú)果🈚B， L，u三者互(hù)相垂直，則(ze)
e＝Blu (3－35)
與此相仿(pang)．在磁感應(yīng)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(nèi)徑爲D的不(bú)導磁管道(dào)，當導電液(ye)體在管道(dào)中以⭐流速(su)u流動時，導(dǎo)電流體就(jiù)切割磁力(lì)線．如果在(zài)管道截面(miàn)上垂直于(yu)磁場的直(zhi)徑兩端安(ān)裝一對電(dian)極(圖3—17)則可(kě)以證明，隻(zhi)要管道内(nei)流速分布(bu)爲軸對稱(cheng)分布，兩電(diàn)極之🈲間也(ye)特産生感(gan)生電動勢(shì)：
e＝BD (3－36)
式中，爲管(guan)道截面上(shàng)的平均流(liu)速．由此可(ke)得管道的(de)體積流量(liàng)爲🐅：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式(shì)可見，體積(jī)流量qv與感(gan)應電動勢(shì)e和測量管(guǎn)内徑D成線(xiàn)性關系，與(yǔ)磁場的磁(cí)感應強度(dù)B成反比，與(yǔ)其它物理(lǐ)參數無關(guan)．這就是
電(dian)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(tiao)件💃滿足👣下(xia)列🈲假定：
①磁(ci)場是均勻(yún)分布的恒(heng)定磁場；
②被(bèi)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(tǐ)的電導率(lǜ)均勻且各(ge)向同性。
圖(tú)3－17電磁流量(liàng)計原理簡(jiǎn)圖
1－磁極；2－電(diàn)極；3－管道
(二(er))勵磁方式(shi)
勵磁方式(shì)即産生磁(ci)場的方式(shi)．由前述可(kě)知，爲使式(shi)💃(3—37)嚴格成立(li)，第一個必(bì)須滿足的(de)條件就是(shi)要有一個(ge)均勻恒定(ding)😄的磁場．爲(wèi)此，就需要(yào)選擇一種(zhong)合适的勵(li)磁方式。目(mu)前，一般有(yǒu)三種勵碰(peng)方式，即直(zhí)流勵磁、交(jiāo)流勵磁和(hé)低頻方波(bo)勵磁．現分(fen)别予以介(jiè)紹．
1．直流勵(li)磁
直流勵(lì)磁方式用(yong)直流電産(chǎn)生磁場或(huo)采用永久(jiǔ)磁鐵，它🥰能(neng)産生一個(ge)恒定的均(jun)勻磁場．這(zhe)種直流勵(li)磁變送器(qi)的最大優(yōu)點是受交(jiāo)流電磁場(chǎng)幹擾影響(xiǎng)很小，因而(ér)❤️可以忽略(luè)液體中的(de)自感現象(xiang)的影響．但(dan)是，使用直(zhí)流磁場易(yi)使通過測(cè)量管道的(de)電解質液(ye)體被極化(huà)，即電解質(zhi)在電場中(zhong)被電解，産(chǎn)生正負離(lí)子😄．在電場(chang)力的❌作用(yong)下，負離子(zi)跑🌈向正極(ji)，正離子跑(pao)向負極．如(ru)圖3—18所示．這(zhe)♊樣，将導緻(zhì)正負電🌈極(ji)分别被相(xiang)反極性的(de)離子所包(bāo)圍，嚴重影(yǐng)響
電磁流(liu)量計
的正(zhèng)常工作．所(suo)以，直流勵(lì)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(jiāo)流勵磁
目(mù)前，工業上(shang)使用的
電(diàn)磁流量計(jì)
，大都采用(yong)工頻(50Hz)電源(yuán)交流勵磁(cí)方式，即它(tā)的磁場是(shì)🤟由正弦交(jiao)變電流産(chǎn)生的，所以(yǐ)産生的磁(ci)場也是一(yī)💛個交變磁(cí)場．交變磁(cí)場變🏃🏻♂️送器(qi)的主要優(you)點是消除(chu)了電極表(biǎo)面的極化(hua)于✨擾．另外(wài)😘，由于磁場(chang)是交變的(de)，所以輸出(chū)信号也是(shi)交變信号(hào)，放大和轉(zhuǎn)換低電平(ping)的交流信(xin)号要比直(zhi)流信号容(róng)易得多．
如(ru)果交流磁(ci)場的磁感(gǎn)應強度爲(wei)
B＝Bm sint （3－38）
則電極上(shàng)産生的感(gǎn)生電動勢(shì)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體(tǐ)積流量爲(wèi)
qv= D （3－40）
式中Bm――磁場(chang)磁感應強(qiang)度的最大(da)值；
――勵磁電(diàn)流的角頻(pin)率，＝2f；
t――時間；
f――電(dian)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(zhí)時，兩👨❤️👨電極(ji)📧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(liu)磁場電磁(cí)流量變送(sòng)器的基本(běn)工作原理(lǐ)．
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(jiāo)幹擾．同相(xiang)幹擾等，這(zhe)些幹擾信(xin)🏃♂️号與💞有用(yòng)的流量信(xìn)号混雜在(zài)一起．因此(ci)，如何正确(que)區分流量(liang)信号🔴與幹(gàn)擾👨❤️👨信号，并(bing)如何有效(xiao)地抑制和(hé)排除各種(zhǒng)幹擾信号(hao)，就成爲交(jiāo)流勵磁
電(diàn)磁流量計(ji)
研制的重(zhòng)要課題。
3．低(di)頻方波勵(lì)磁
直流勵(lì)磁方式和(he)交流勵滋(zī)方式各有(yǒu)優缺點，爲(wei)了充分發(fā)揮它們的(de)優點，盡量(liang)避免它們(men)的缺點，70年(nian)代✊以來🌈，人(rén)們開始采(cǎi)用低頻方(fāng)波勵磁方(fāng)式．它的勵(lì)磁電流波(bō)形如圖3—19所(suo)示，其頻率(lǜ)通常爲工(gōng)頻的1／4－l／10．
圖3－19方(fāng)波勵磁電(diàn)流波形
從(cóng)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(tā)具有直🔞流(liu)勵磁的特(tè)點，受電磁(ci)幹擾影響(xiǎng)很小．從整(zheng)個時間過(guò)程看，方波(bō)信🔴号又是(shì)一個交變(bian)的信号，所(suǒ)以它能克(kè)服直流勵(li)☎️滋易産❌生(sheng)的極化現(xiàn)象．因此，低(dī)頻方波勵(lì)磁是一種(zhong)比較好的(de)勵磁方式(shì)，目前已在(zai)
電磁流量(liang)計
上廣泛(fàn)的應用．概(gài)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(miǎn)交流磁場(chǎng)的正交電(dian)磁幹擾；
②
電(dian)磁流量計(jì)
消除由分(fèn)布電容引(yin)起的工頻(pín)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(nei)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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