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電磁(cí)流量計的工作(zuo)原理
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電磁流量(liàng)計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世紀(jì)50~60年代随着電子(zi)技術的發展而(ér)迅速發展起來(lái)的新型流量測(ce)量儀表。
電磁流(liu)量計
是根據法(fa)拉第電磁感應(ying)定律制成的，
電(dian)磁流量計
用來(lái)測量導電液體(ti)體積流量的儀(yi)表。由于其獨特(tè)的優點，
電磁流(liu)量計
目前已廣(guang)泛地被應用于(yú)工業過程中各(gè)種導電液體💘的(de)流量測量，如各(ge)種酸、堿、鹽等腐(fǔ)蝕性介質；
電磁(ci)流量計
各種漿(jiāng)液流量測量，形(xíng)成了獨特的應(yīng)用領域。
在結構(gòu)上，
電磁流量計(jì)
由電磁流量傳(chuán)感器和轉換器(qì)兩部分組成。傳(chuán)感器安裝在工(gōng)業過程管道上(shàng)，它的作用是将(jiāng)流進管道内的(de)液體體積流量(liang)值線♍性地變換(huan)成感生電勢信(xìn)号，并通過傳輸(shū)☎️線将此信号送(song)到轉換🍓器。轉換(huàn)器安裝在離傳(chuan)感器不太遠的(de)地方，它将傳感(gan)器送來的流量(liàng)信号進行放大(da)，并轉換成流量(liàng)信号成正比的(de)标準電信号輸(shu)出，以進行顯示(shì)，累積和調節控(kong)制。
電磁流量計(jì)
的基本原理
(一(yi))測量原理
根據(jù)法拉第電磁感(gan)應定律，當一導(dǎo)體在磁場中運(yun)動切割⭕磁力線(xian)時，在導體的兩(liang)端即産生感生(shēng)電勢e，其方向由(yóu)右手定則🤟确定(ding)🈲，其大小與磁場(chǎng)的磁感應🈲強度(dù)B，導🐉體在磁場内(nèi)的長度L及導體(ti)的運動速度u成(cheng)正比，如果B， L，u三者(zhě)互相垂直，則
e＝Blu (3－35)
與(yǔ)此相仿．在磁感(gan)應強度爲B的均(jun1)勻磁場中，垂直(zhí)于磁場方向放(fàng)一個内徑爲D的(de)不導磁管道，當(dang)導電液體在🈲管(guan)道中以流速💛u流(liu)動時，導電流體(tǐ)就切割磁力線(xian)．如果在管道💰截(jié)面上垂直于磁(cí)場的直徑兩端(duan)安裝一對電極(ji)(圖3—17)則可以證明(ming)，隻要管道内流(liú)速分布💛爲軸對(duì)稱分布，兩電極(ji)之🐪間也特産生(sheng)感生電動勢：
e＝BD (3－36)
式(shi)中，爲管道截面(miàn)上的平均流速(sù)．由此可得管道(dao)的體積流量爲(wei)：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可見，體(tǐ)積流量qv與感應(ying)電動勢e和測量(liang)管内✍️徑💃🏻D成線性(xing)💋關🔞系，與磁場的(de)磁感應強度B成(cheng)反比，與其它物(wu)理參數無關．這(zhe)就是
電磁流量(liàng)計
的測量原理(li)．
需要說明的是(shì)，要使式（3—37）嚴格成(cheng)立，必須使測量(liàng)條件滿足下⭕列(liè)假定：
①磁場是均(jun)勻分布的恒定(dìng)磁場；
②被測流體(tǐ)的流速軸對稱(cheng)分布；
③被測液體(tǐ)是非磁性的；
④被(bei)測液體的電導(dao)率均勻且各向(xiàng)同性。
圖3－17電磁流(liú)量計原理簡圖(tú)
1－磁極；2－電極；3－管道(dao)
(二)勵磁方式
勵(lì)磁方式即産生(sheng)磁場的方式．由(you)前述可知，爲使(shi)式(3—37)嚴格成立，第(di)一個必須滿足(zú)的條件就是要(yào)有一個均勻恒(héng)定☎️的磁場．爲此(cǐ)，就需要選擇一(yī)種合适的勵磁(cí)方式。目前，一🙇🏻般(bān)有三種勵碰方(fāng)式，即直流勵磁(ci)、交流勵磁和低(dī)頻方波🚩勵磁．現(xian)分别予以介紹(shao)．
1．直流勵磁
直流(liú)勵磁方式用直(zhí)流電産生磁場(chang)或采用永久磁(ci)鐵，它能産生一(yī)個恒定的均勻(yún)磁場．這種直流(liú)勵磁變送👌器的(de)最大優點❓是受(shou)🤩交流電磁場幹(gàn)擾影響很小，因(yin)而可以忽略液(yè)體💞中的自感現(xian)象的影響．但是(shì)，使用直流磁場(chang)易使🌐通過測量(liang)管道的電解質(zhi)液體🈲被極化，即(jí)電解質在電場(chang)中被電解，産生(shēng)正負離子．在電(diàn)場力的作用下(xia)，負離子跑🧑🏾🤝🧑🏼向正(zhèng)極，正離子跑向(xiàng)⭐負極．如圖3—18所示(shì)．這⭐樣，将導緻正(zhèng)負電極分别被(bèi)相反極性的離(lí)子所包圍，嚴重(zhong)影響
電磁流量(liàng)計
的正常工作(zuo)．所以，直流勵磁(cí)一般隻用于測(ce)量非電解質液(ye)體，如液态金屬(shǔ)等．
圖3－18直流勵磁(cí)方式
2．交流勵磁(cí)
目前，工業上使(shi)用的
電磁流量(liàng)計
，大都采用工(gong)頻(50Hz)電源交流勵(li)磁方式，即它的(de)磁場是☁️由正弦(xian)交變電流産生(shēng)的，所以産生的(de)磁場也是一個(gè)交變磁場．交變(bian)磁場變送器的(de)主要優點是消(xiāo)除㊙️了電極表面(mian)的極化于👨❤️👨擾．另(ling)外，由于磁場是(shì)交變的，所以輸(shu)出信号也是🆚交(jiao)變信号🐪，放大和(hé)轉🔴換低電平🏃🏻♂️的(de)交流信号要比(bi)直流信号容易(yi)得多．
如果交流(liu)磁場的磁感應(ying)強度爲
B＝Bm sint （3－38）
則電極(ji)上産生的感生(sheng)電動勢爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測(cè)體積流量爲
qv= D （3－40）
式(shi)中Bm――磁場磁感應(yīng)強度的最大值(zhí)；
――勵磁電流的角(jiao)頻率，＝2f；
t――時間；
f――電源(yuan)頻率．
由式(3－40)可知(zhi)，當測量管内徑(jing)D不變，磁感應強(qiáng)度Bm爲一定值🐇時(shí)，兩電極上輸出(chū)的感生電動勢(shì)e與流量qv成正比(bǐ)👣．這就🧡是交流磁(cí)場電💞磁流量變(biàn)送器的基本工(gōng)作原🌈理．
值得注(zhu)意的是，用交流(liú)磁場會帶來一(yi)系列的電磁幹(gan)擾問題．例如正(zhèng)交幹擾．同相幹(gan)擾等，這些幹擾(rao)信💰号與有用的(de)流量信号混雜(zá)在一起．因此，如(ru)何正确區分流(liu)💘量信号🛀與幹擾(rǎo)信号，并如何有(yǒu)效地抑制和排(pái)除各種幹擾信(xìn)号，就成爲交流(liu)勵磁
電磁流量(liang)計
研制的重要(yào)課題。
3．低頻方波(bo)勵磁
直流勵磁(cí)方式和交流勵(lì)滋方式各有優(yōu)缺點，爲了充分(fen)發⚽揮它們的優(you)點，盡量避免它(ta)們的缺點，70年代(dài)以來，人們開始(shǐ)采用低頻方波(bo)勵磁方式．它的(de)勵磁電流波形(xíng)如圖3—19所示，其♊頻(pín)率通常爲工頻(pín)的1／4－l／10．
圖3－19方波勵磁(cí)電流波形
從圖(tú)3－19可見，在半個周(zhōu)期内，磁場是恒(heng)穩的直流磁場(chang)‼️，它具有直㊙️流勵(li)磁的特點，受電(dian)磁幹擾影響很(hen)小．從整個時間(jian)過程看，方波信(xin)号又是一個交(jiāo)變的信号，所以(yi)它能克服直流(liu)勵滋易産生的(de)極化現象．因此(ci)，低頻方波✏️勵磁(ci)是一種比較好(hǎo)的勵磁方式，目(mù)前已在
電磁流(liú)量計
上廣泛的(de)應用．概括一下(xia)，
電磁流量計
具(jù)有如下幾個優(yōu)點：
①
電磁流量計(jì)
能避免交流磁(cí)場的正交電磁(cí)幹擾；
②
電磁流量(liang)計
消除由分布(bù)電容引起的工(gōng)頻幹擾；
③
電磁流(liu)量計
抑制交流(liu)磁場在管壁和(he)流體内部引起(qǐ)的電渦流；
④
電磁(ci)流量計
排除直(zhí)流勵磁的極化(huà)現象．
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