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電磁流量計(ji)的工作原理(li)
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電磁流量計(ji)
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世紀(jì)50~60年代随着電(dian)子技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起🔅來的新(xin)型🐇流量測量(liang)儀表。
電磁流(liu)量計
是根據(jù)法拉第電磁(cí)感應定律制(zhi)成的，
電磁流(liú)量計
用來測(ce)量導電液體(tǐ)體積流量的(de)儀表。由于其(qi)獨特🌈的優㊙️點(dian)，
電磁流量計(jì)
目前已廣泛(fan)地被應用于(yu)工業過程中(zhong)各種導電液(ye)體的流量測(ce)量，如各種酸(suān)、堿、鹽等腐蝕(shí)性介質；
電磁(ci)流量計
各種(zhǒng)漿液流量測(cè)量，形成了獨(du)特的應用領(ling)域。
在結構上(shàng)，
電磁流量計(jì)
由電磁流量(liang)傳感器和轉(zhuan)換器兩部分(fèn)組成。傳感器(qì)安裝在😍工業(yè)過程管道上(shang)，它的作用是(shì)将流進管道(dào)内的液體🌍體(tǐ)積流量🐆值線(xiàn)性地變換成(chéng)感生電勢信(xin)号，并通過傳(chuán)輸線将此信(xin)号送到轉換(huàn)器。轉換器安(an)裝在離傳感(gǎn)器不太遠的(de)地方，它将傳(chuán)感器送來的(de)流量信号進(jìn)🤩行放大，并轉(zhuǎn)換成流量信(xìn)号成正比的(de)🍉标準電信号(hào)輸出，以進行(háng)顯示，累積和(he)調節控制。
電(diàn)磁流量計
的(de)基本原理
(一(yi))測量原理
根(gēn)據法拉第電(diàn)磁感應定律(lü)，當一導體在(zài)磁場中運動(dong)切🔅割磁力❗線(xiàn)時，在導體的(de)兩端即産生(sheng)感生電勢e，其(qi)方向由右手(shǒu)🐆定則确定，其(qí)大小與磁場(chang)的磁感應強(qiang)度B，導體在磁(cí)場内的長度(du)L及導體的運(yùn)動速度u成👌正(zheng)比，如果B， L，u三者(zhe)互相垂直，則(ze)
e＝Blu (3－35)
與此相仿．在(zai)磁感應強度(du)爲B的均勻磁(cí)場中，垂直于(yú)💘磁場方向放(fang)一個内徑爲(wèi)D的不導磁管(guan)道，當導電液(yè)體在‼️管道中(zhong)以流速u流動(dong)時，導電流體(tǐ)就切割磁力(li)🍉線．如果💛在管(guǎn)道截面上垂(chuí)直于磁場的(de)⁉️直徑兩端安(an)裝一對電🌍極(ji)(圖3—17)則可以證(zhèng)明，隻要管道(dao)内流速分布(bù)爲軸對稱分(fen)布，兩電極之(zhī)間也特産生(shēng)感生電動勢(shì)：
e＝BD (3－36)
式中，爲管道(dao)截面上的平(ping)均流速．由此(cǐ)可得管道的(de)體積流量爲(wèi)❌：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可見(jian)，體積流量qv與(yu)感應電動勢(shì)e和測量管内(nei)徑D成😄線性關(guān)系，與磁場的(de)磁感應強度(du)B成反比，與其(qi)它物理參數(shu)無關．這就是(shi)
電磁流量計(ji)
的測量原理(lǐ)．
需要說明的(de)是，要使式（3—37）嚴(yan)格成立，必須(xū)使測量條件(jian)滿足🔴下🏃🏻♂️列假(jia)🆚定：
①磁場是均(jun1)勻分布的恒(heng)定磁場；
②被測(ce)流體的流速(su)軸對稱分布(bu)；
③被測液體是(shì)非磁性的；
④被(bei)測液體的電(dian)導率均勻且(qie)各向同性。
圖(tu)3－17電磁流量計(ji)原理簡圖
1－磁(cí)極；2－電極；3－管道(dào)
(二)勵磁方式(shì)
勵磁方式即(jí)産生磁場的(de)方式．由前述(shu)可知，爲使式(shi)(3—37)嚴格成立，第(di)一個必須滿(mǎn)足的條件就(jiù)是要有一個(gè)均勻恒定的(de)磁🧡場．爲此，就(jiù)需要選擇一(yi)種合适的勵(li)磁方式。目前(qian)，一⛱️般有三✊種(zhong)勵碰方式，即(jí)直流勵磁、交(jiāo)流勵磁和低(di)頻方波🏒勵磁(cí)．現分别予以(yǐ)介紹．
1．直流勵(li)磁
直流勵磁(ci)方式用直流(liú)電産生磁場(chǎng)或采用永久(jiǔ)磁鐵，它能産(chan)☂️生一個恒定(ding)的均勻磁場(chǎng)．這種直流勵(li)磁變送器的(de)大優點是受(shou)交🈲流電磁場(chang)幹擾影響很(hěn)小，因而可以(yi)忽略液體中(zhong)的自感現象(xiàng)的💃影響．但是(shi)，使💯用直流磁(cí)場易使通過(guo)測量管道的(de)電解質液體(ti)被極化，即電(dian)解質在電場(chang)中被電解，産(chan)生正負離子(zi)．在✌️電場力的(de)作❌用下，負離(lí)子跑向💛正極(ji)，正離子跑向(xiàng)負極．如圖3—18所(suǒ)示．這樣，将導(dǎo)緻👣正負電極(jí)分别被相反(fan)極性的離子(zǐ)所包圍，嚴🏃🏻重(zhòng)影響
電磁流(liú)量計
的正常(chang)工作．所以，直(zhí)流勵磁一般(ban)隻用于測量(liàng)非電解質🥵液(ye)體，如液态金(jin)屬等．
圖3－18直流(liú)勵磁方式
2．交(jiao)流勵磁
目前(qián)，工業上使用(yong)的
電磁流量(liàng)計
，大都采用(yong)工頻(50Hz)電源交(jiāo)流勵磁方式(shi)，即它的磁場(chǎng)是由♋正弦交(jiāo)變電流産生(sheng)的，所以産生(sheng)的磁場也是(shì)一個交變磁(ci)場．交♈變磁場(chang)變🌍送器的主(zhǔ)要優點是消(xiāo)除了電極表(biǎo)面的極化于(yú)擾．另外，由于(yu)磁場是交變(biàn)的，所以輸出(chu)信号也是交(jiao)變信号，放大(dà)和轉換低電(dian)平的交流信(xìn)号要比直流(liu)信🤟号容易得(dé)多🈲．
如果交流(liu)磁場的磁感(gǎn)應強度爲
B＝Bm sint （3－38）
則(zé)電極上産生(sheng)的感生電動(dòng)勢爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體(ti)積流量爲
qv= D （3－40）
式(shì)中Bm――磁場磁感(gǎn)應強度的大(dà)值；
――勵磁電流(liu)的角頻率，＝2f；
t――時(shí)間；
f――電源頻率(lü)．
由式(3－40)可知，當(dāng)測量管内徑(jing)D不變，磁感應(ying)強度Bm爲一定(ding)值🎯時，兩電極(ji)上輸出的感(gan)生電動勢e與(yǔ)流量qv成正比(bǐ)．這就是交流(liú)磁場電磁流(liu)量變送器的(de)基本工作原(yuan)理．
值得注意(yi)的是，用交流(liu)磁場會帶來(lái)一系列的電(diàn)磁幹擾問題(ti)💁．例如正交幹(gàn)擾．同相幹擾(rao)等，這些幹擾(rǎo)信号與有用(yong)的流量信🌈号(hao)混♈雜在一起(qǐ)．因此，如何正(zhèng)确區分流量(liàng)信号與幹擾(rǎo)信号，并如何(he)有效地抑制(zhì)和排除各種(zhong)幹擾信号‼️，就(jiu)成爲交🌈流勵(lì)磁
電磁流量(liang)計
研制的重(zhong)要課題。
3．低頻(pin)方波勵磁
直(zhi)流勵磁方式(shi)和交流勵滋(zī)方式各有優(you)缺點，爲了充(chōng)分發揮它們(men)的優點，盡量(liàng)避免它們的(de)缺點，70年代以(yi)來🧑🏾🤝🧑🏼，人們開始(shi)采用低頻方(fāng)波勵磁方式(shi)．它的勵磁⭐電(diàn)流波🛀形如圖(tu)3—19所示，其頻率(lǜ)通常爲工頻(pín)的1／4－l／10．
圖3－19方波勵(lì)磁電流波形(xíng)
從圖3－19可見，在(zai)半個周期内(nèi)，磁場是恒穩(wen)的直流磁場(chǎng)，它具有直流(liu)勵磁的特點(dian)，受電磁幹擾(rao)影響很小．從(cong)整個⚽時間過(guo)程看，方波信(xìn)号又是一個(gè)交變的信号(hao)，所以它能克(ke)服直流勵滋(zī)易産生的極(jí)📱化現象．因此(ci)，低頻方波勵(li)磁是一種比(bǐ)較好💔的勵磁(cí)方式，目前已(yǐ)在
電磁流量(liang)計
上廣泛的(de)應用．概括一(yi)下，
電磁流量(liàng)計
具有如下(xia)幾個優點：
①
電(dian)磁流量計
能(néng)避免交流磁(ci)場的正交電(diàn)磁幹擾；
②
電磁(ci)流量計
消除(chu)由分布電容(rong)引起的工頻(pin)幹擾；
③
電磁流(liu)量計
抑制交(jiāo)流磁場在管(guan)壁和流體内(nei)部引起的電(dian)渦流；
④
電磁流(liú)量計
排除直(zhi)流勵磁的極(jí)化現象．
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