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電(dian)磁流量計的工(gōng)作原理

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電磁流量計的(de)工作原理
電磁(ci)流量計（ Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是(shi)20世紀50~60年代随着(zhe)電子技術的發(fa)展而迅速發展(zhǎn)起👄來的新💰型流(liu)量測量儀表。電(dian)磁流量計是根(gen)據法拉第電磁(cí)感應定律制成(cheng)的，電磁流量計(jì) 用來測量導電(diàn)液體體積流量(liàng)的儀表。由于其(qí)獨特的優🌐點，電(dian)磁流量計目前(qian)已廣泛地被應(ying)用于工業過程(cheng)中各種導電液(ye)體的流量測量(liang)，如各種酸、堿、鹽(yán)等腐蝕性介質(zhì)；電磁流量計各(gè)種漿液流量測(ce)量，形成了獨特(tè)的應用領域。在(zai)結構上，電磁流(liu)量計由電磁流(liú)量傳感器和轉(zhuan)換器兩部分組(zǔ)成。傳感器❤️安裝(zhuang)在工🚶‍♀️業🐕過程管(guan)道上，它的作用(yong)是将流進管道(dào)内的液體體積(ji)流量值線性地(di)變換成感生電(dian)勢信号，并通過(guo)傳輸線将此信(xin)号送到轉換器(qì)。轉換器安裝在(zai)離傳感器不太(tài)㊙️遠的地方，它将(jiang)傳感器送來的(de)流量信号進行(hang)放大，并轉🌈換成(cheng)流量信号成正(zheng)比的🎯标準電信(xin)号輸出，以進行(háng)顯示，累積和調(diao)節控制。電磁流(liu)量計的基本原(yuán)理 (一)測量原理(lǐ) 根據法拉第電(dian)磁感應定律，當(dāng)一導體在磁場(chǎng)中運動切割✊磁(ci)✊力線時，在導體(tǐ)的兩端即産生(shēng)感生電勢🐉e，其方(fāng)向由右手定則(ze)确定，其大小與(yǔ)磁場的磁感應(yīng)強度B，導體在磁(ci)場内的長度L及(ji)導體的運動速(sù)度u成正比，如果(guo)B， L，u三者互相垂直(zhí)，則 e＝Blu (3－35) 與此相仿．在(zài)磁感應強度爲(wei)B的均勻磁場中(zhong)，垂直于☁️磁場❌方(fang)🚩向放⁉️一個内徑(jing)爲D的不導磁管(guan)道，當導電液體(tǐ)在管道中以流(liú)速u流動時，導電(dian)流體就切割磁(cí)力㊙️線．如果在管(guǎn)道截面上垂直(zhi)于磁場的💛直徑(jing)兩端安裝一對(dui)電極(圖3—17)則可以(yǐ)證明，隻要管道(dao)内流速分布爲(wei)軸對稱分布，兩(liang)電極之間也特(te)産生感生電動(dong)勢⭐： e＝BD (3－36) 式中，爲管道(dao)截面上的平均(jun)流速．由此可得(de)管道的體積流(liú)量爲🧡： qv＝πDUˉ＝（3－37）由上式可(kě)見，體積流量qv與(yu)感應電動勢e和(he)測量管内徑D成(cheng)線性關🔴系，與磁(cí)場的磁感應強(qiáng)度B成反比，與其(qi)它物理參數無(wú)㊙️關．這就是電磁(ci)流量計的測量(liàng)原理．需要說明(ming)的是，要使式（3—37）嚴(yan)格成立，必須使(shi)測量條件滿🧡足(zú)下列🈲假定： ①磁場(chang)是均勻分布的(de)恒定磁場； ②被測(cè)流體的流速軸(zhóu)對稱分布； ③被測(ce)液體是非磁性(xing)的； ④被測液體的(de)電導率均勻且(qiě)各向同性。圖3－17電(diàn)磁流量計原理(lǐ)簡圖 1－磁極；2－電極(jí)；3－管道 (二)勵磁方(fang)式勵磁方式即(jí)産生磁場的方(fāng)式．由前述可知(zhi)，爲使式(3—37)嚴格成(chéng)立🌍，第一個必須(xū)滿足的條件就(jiù)是要有一個均(jun1)勻恒定的磁場(chǎng)．爲此，就需要選(xuan)擇一種合适的(de)勵磁方式🌈。目前(qian)，一般有三種勵(lì)碰方式，即直流(liu)勵磁、交💁流勵磁(cí)和低頻方波勵(li)磁．現分别予以(yi)介🤟紹． 1．直流勵磁(cí) 直流勵磁方式(shi)用直流電産生(shēng)磁場或采用永(yong)久磁鐵，它能産(chan)生一個恒定的(de)均勻磁場．這種(zhong)直流勵磁變送(song)器的最大優點(dian)是受交流電磁(ci)場幹擾影響很(hen)🏃🏻小，因而可以忽(hū)略液體中的自(zi)感現象的影響(xiang)．但是，使用直流(liú)🔴磁場易使通過(guò)測量管道的電(dian)解質液體被極(jí)化，即電解質在(zài)電場中被電解(jie)，産生正負離子(zi)❗．在電場力的作(zuò)用下，負離子跑(pǎo)向正極，正離子(zǐ)跑向負極．如圖(tu)3—18所示．這樣，将導(dao)緻正負電極分(fèn)别被相反🌂極♈性(xìng)的離子所包圍(wei)，嚴重影響電磁(ci)流量計的正常(chang)工作．所以，直流(liú)勵磁一般隻用(yong)于測量非電解(jiě)🎯質液🌐體，如液态(tài)金屬等．圖3－18直流(liú)勵磁方式 2．交流(liú)勵磁目前，工業(yè)上使用的電磁(cí)流量計，大都采(cai)用工頻(50Hz)電源交(jiāo)流勵磁方式，即(ji)它的磁場是❓由(you)正🐇弦交變🈲電流(liú)産生的，所以産(chǎn)生的磁場也是(shì)一個交🔞變磁場(chǎng)．交變磁場變送(song)器的主要優點(diǎn)是消除了電極(ji)表面的極化于(yu)擾．另外🎯，由于磁(cí)場是交變的，所(suo)以輸出信号也(ye)是交變信号，放(fang)大和轉換低電(diàn)平♻️的交流信号(hào)☎️要比直流信号(hao)容易得多．如果(guǒ)交流磁場的磁(cí)感應強度爲 B＝Bm sint （3－38）則(zé)電極上産生的(de)感生電動勢爲(wèi) e＝Bm Dsint （3－39）被測體積流量(liàng)爲 qv= D （3－40）式中Bm――磁場磁(ci)感應強度的最(zui)大值； ――勵磁電流(liú)的角頻率，＝2f； t――時間(jiān)； f――電源頻率．由式(shì)(3－40)可知，當測量管(guan)内徑D不變，磁感(gan)應強度Bm爲一定(dìng)值🏒時，兩🐅電🔞極上(shang)輸出的感生電(diàn)動勢e與流量qv成(cheng)正比．這就是交(jiao)流磁場電磁流(liu)👄量變送器的基(ji)本工作原理．值(zhi)得注意的是，用(yong)交流磁場會帶(dai)來一系列的電(dian)磁幹🏃🏻‍♂️擾問題．例(lì)如正交幹擾．同(tong)相幹擾等，這些(xiē)幹擾信🔞号與有(yǒu)用的流量信号(hao)混雜在一起．因(yīn)此，如何正确區(qu)分流量信号與(yǔ)幹擾信号，并如(ru)何有效地抑制(zhi)和排除各種幹(gan)擾信号，就成爲(wei)交流勵磁電磁(ci)流量計研制的(de)重要課題。 3．低頻(pin)方波勵磁直流(liu)勵磁方式和交(jiao)流勵滋方式各(ge)有優缺點，爲了(le)充分🈲發💃🏻揮它們(men)的優點，盡量避(bi)免它們的缺點(dian)，70年代以來，人們(men)開始采用低頻(pin)方波勵磁方式(shì)．它的勵磁電流(liú)波形如圖3—19所示(shi)，其頻率通常爲(wèi)工頻的1／4－l／10．圖3－19方波(bo)勵磁電流波形(xing) 從圖3－19可見，在半(ban)個周期内，磁場(chang)是恒穩的直流(liú)磁場，它具有直(zhí)💃🏻流勵磁的特點(diǎn)，受電磁幹擾影(yǐng)響很小．從整個(ge)時間❗過程看，方(fāng)❤️波信号又是一(yi)個交變的信号(hao)，所以它能克服(fu)直流勵滋易産(chǎn)生的極化現象(xiàng)．因此，低頻方波(bo)勵磁是一✊種比(bǐ)較好的勵磁方(fāng)式，目前已在電(dian)磁流量計上廣(guǎng)泛的應用．概括(kuo)一下，電磁流量(liàng)計具有如下幾(ji)個優點： ① 電磁流(liú)量計能避免交(jiao)流磁場的正交(jiao)電磁幹擾； ② 電磁(ci)流量計消除由(you)分布電容引起(qi)的工頻幹擾； ③ 電(diàn)磁流量計抑制(zhì)交流磁場在管(guan)壁和流體内部(bù)引起的電渦流(liu)； ④ 電磁流量計排(pai)除直流勵磁的(de)極化現象．


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