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電磁流量計的(de)工作原理
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電磁流(liu)量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世紀(ji)50~60年代随着電子技(ji)術的發展而迅速(su)發展起來的新⭕型(xing)流量測量儀表。
電(dian)磁流量計
是根據(jù)法拉第電磁感應(ying)定律制成的，
電磁(ci)流量計
用來測量(liang)導電液體體積流(liú)量的儀表。由于其(qí)獨特的優點，
電磁(ci)流量計
目前已廣(guang)泛地被應用于工(gōng)業過程中各種導(dao)電液體的流量測(ce)量，如各種酸、堿、鹽(yán)等腐蝕性介質；
電(diàn)磁流量計
各種漿(jiang)液流量測量，形成(chéng)了獨特的應用領(lǐng)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(chuán)感器安裝🏃在工業(ye)過程管道上，它的(de)作用是将流進管(guan)道内的㊙️液體體積(jī)流量值線性地變(biàn)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(tai)遠的地方，它将傳(chuán)感器送來的流量(liang)信号進行放大，并(bìng)轉換成流量信号(hào)成正比的标準電(diàn)信号⭕輸出，以進行(háng)顯示，累積和調節(jiē)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(lü)，當一導體在磁場(chang)中運動🏃🏻♂️切🐕割磁力(lì)線時，在導體的兩(liang)端即産生感生電(dian)勢e，其方向由右手(shǒu)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(tǐ)的運動速度u成正(zheng)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(wèi)B的均勻磁場中，垂(chuí)直于磁場方💜向🈲放(fàng)一個内徑爲D的不(bú)導磁管道，當導電(diàn)液體在管道中以(yǐ)流速u流動時，導電(dian)流體就切割磁力(lì)線．如果在管道截(jié)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(dào)内流速分布爲軸(zhou)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(wèi)管道截面上的平(ping)均流速．由此可得(de)管道的體積流量(liang)🏃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(nèi)🌏徑D成線性關系，與(yu)磁場的磁感應強(qiang)度B成反比，與其它(tā)物理參數無關．這(zhe)就是
電磁流量計(ji)
的測量原理．
需要(yào)說明的是，要使式(shi)（3—37）嚴格成立，必須使(shǐ)測量條件滿😘足下(xia)列❓假定：
①磁場是均(jun1)勻分布的恒定磁(ci)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(diàn)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(shì)．由前述可知，爲使(shǐ)式(3—37)嚴格成立，第一(yi)個必須滿足的條(tiáo)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(lì)磁和低頻方波勵(li)磁．現分别予以介(jiè)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(zhi)流勵磁變送器的(de)最大優點是受💰交(jiao)流電磁場幹擾影(yǐng)響很小，因而可以(yǐ)忽略液體中的自(zi)感現象的影響．但(dàn)是，使用直流磁場(chang)易使通過測量管(guan)道的電解質液體(ti)被極化，即電解質(zhi)在電場中被電解(jiě)，産💋生正負離子．在(zai)電場力的作用下(xià)，負離子跑向正極(jí)，正離子跑向負極(ji)．如圖3—18所示．這㊙️樣，将(jiāng)導緻正負電極分(fen)别被相反極💛性的(de)離子所包圍，嚴重(zhòng)影響
電磁流量計(ji)
的正常工作．所以(yi)，直流勵磁一般隻(zhī)用于測量非電解(jie)🥰質液體，如液态金(jin)屬等．
圖3－18直流勵磁(cí)方式
2．交流勵磁
目(mù)前，工業上使用的(de)
電磁流量計
，大都(dou)采用工頻(50Hz)電源交(jiāo)流勵磁方式，即它(ta)的磁場是由正❗弦(xian)🌈交變電流産生的(de)，所以産生的磁場(chang)也是一個交變磁(ci)場．交變磁場變送(song)器的主要優點是(shì)消除了電極👉表面(mian)的🐅極化于擾．另外(wài)，由于磁👨❤️👨場是交變(bian)的，所以輸出信号(hao)也是交變信号，放(fang)大和轉換低電平(píng)的交流信号要比(bi)直流信‼️号容易得(de)多．
如果交流磁場(chǎng)的磁感應強度爲(wèi)
B＝Bm sint （3－38）
則電極上産生的(de)感生電動勢爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被(bèi)測體積流量爲
qv= D （3－40）
式(shi)中Bm――磁場磁感應強(qiang)度的最大值；
――勵磁(ci)電流的角頻率，＝2f；
t――時(shí)間；
f――電源頻率．
由式(shi)(3－40)可知，當測量管内(nei)徑D不變，磁感應強(qiáng)度Bm爲一定值時，兩(liǎng)電極上輸出的感(gan)生電動勢e與流量(liang)qv成正比．這就是交(jiao)❓流磁場電磁流量(liang)變送器的基本工(gong)作原理．
值得注意(yi)的是，用交流磁場(chǎng)會帶來一系列的(de)電磁幹擾問題．例(li)如正交幹擾．同相(xiàng)幹擾等，這些幹擾(rao)信🙇🏻号與有用🎯的流(liú)量信号混雜在一(yi)起．因此，如何正确(què)區分流量信号與(yu)幹擾信号，并如何(hé)有🤟效地抑制和排(pai)除各種幹擾信号(hào)，就成爲交流勵磁(cí)
電磁流量計
研制(zhì)的重要課題。
3．低頻(pin)方波勵磁
直流勵(lì)磁方式和交流勵(li)滋方式各有優缺(quē)點，爲了充分🚶發揮(hui)它們的優點，盡量(liang)避免它們的缺點(diǎn)，70年代以來，人們開(kai)始🍓采用低頻🐪方波(bō)勵磁方式．它的勵(lì)磁電流波形如圖(tu)🚶♀️3—19所示，其頻率通常(cháng)爲工頻的1／4－l／10．
圖3－19方波(bō)勵磁電流波形
從(cong)圖3－19可見，在半個周(zhou)期内，磁場是恒穩(wen)的直流磁場，它具(jù)有直流勵磁的特(tè)點，受電磁幹擾影(yǐng)響很小．從整個時(shi)間過程看，方波信(xìn)号又是一個交變(biàn)的信号，所以它能(néng)克服直流勵滋易(yi)産生的極化現象(xiang)．因此，低頻方波勵(lì)磁是一種比較好(hǎo)的勵磁方式，目前(qián)已在
電磁流量計(jì)
上廣泛的應用．概(gai)括一下，
電磁流量(liang)計
具有如下幾個(gè)優點：
①
電磁流量計(jì)
能避免交流磁場(chǎng)的正交電磁幹擾(rǎo)；
②
電磁流量計
消除(chú)由分布電容引起(qǐ)的工頻幹擾；
③
電磁(ci)流量計
抑制交流(liú)磁場在管壁和流(liú)體内部引起的電(dian)渦流；
④
電磁流量計(ji)
排除直流勵磁的(de)極化現象．
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