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電磁流(liú)量計的工(gōng)作原理
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電(dian)磁流量計(jì)
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世(shi)紀50~60年代随(sui)着電子技(ji)術的發展(zhan)而迅速發(fā)展起來的(de)新型流量(liàng)測量儀表(biǎo)。
電磁流量(liàng)計
是根據(jù)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(yè)體體積流(liu)量的儀表(biao)。由于其獨(dú)特的💁優點(dian)，
電磁流量(liang)計
目前已(yi)廣泛地被(bei)應用于工(gong)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(jì)
各種漿液(ye)流量測量(liang)，形成了獨(du)特的應用(yong)領域。
在結(jie)構上，
電磁(ci)流量計
由(you)電磁流量(liang)傳感器和(he)轉換器兩(liang)部分組成(chéng)。傳感器🌏安(ān)裝在工🈲業(ye)過程管道(dao)上，它的作(zuo)用是将流(liú)進管道内(nèi)的液體體(tǐ)積流量值(zhi)線性地變(biàn)換成感生(sheng)電勢信号(hao)，并通過傳(chuan)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(yuǎn)的地方🌍，它(ta)将傳感器(qi)送來的流(liú)量信号進(jin)行放大，并(bing)轉換成流(liu)量信号成(cheng)正比的标(biāo)準電信号(hào)輸出，以進(jìn)行顯示，累(lei)積和調節(jie)控制。
電磁(ci)流量計
的(de)基本原理(lǐ)
(一)測量原(yuán)理
根據法(fǎ)拉第電磁(ci)感應定律(lü)，當一導體(ti)在磁場中(zhong)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(cí)場的磁感(gan)應強度B，導(dao)🛀🏻體在磁場(chang)内的長度(dù)L及導體的(de)運動速度(du)u成正比，如(ru)果B， L，u三者互(hù)相垂直，則(zé)
e＝Blu (3－35)
與此相仿(pang)．在磁感應(ying)強度爲B的(de)均勻磁場(chang)中，垂直于(yu)磁場方向(xiang)放一個内(nei)徑爲D的不(bu)導磁管道(dao)，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(li)線．如果在(zai)管道☁️截面(mian)上垂直于(yu)磁場的直(zhi)徑兩端安(an)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(bù)爲軸對稱(chēng)分布，兩電(diàn)極之間也(yě)特産生感(gǎn)生電動勢(shi)：
e＝BD (3－36)
式中，爲管(guǎn)道截面上(shang)的平均流(liú)速．由此可(ke)得管道的(de)體積流量(liang)爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式(shi)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(ci)感應強度(dù)B成反比，與(yu)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(shuo)明的是，要(yao)使式（3—37）嚴格(gé)成立，必須(xū)使測量條(tiáo)件滿👉足下(xià)列假☔定：
①磁(cí)場是均勻(yun)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(tu)3－17電磁流量(liàng)計原理簡(jian)圖
1－磁極；2－電(dian)極；3－管道
(二(er))勵磁方式(shi)
勵磁方式(shi)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(yao)選擇一種(zhong)合适的勵(lì)磁方式。目(mù)前，一般有(you)三種勵碰(peng)💁方式，即直(zhi)流勵磁、交(jiao)流勵磁和(hé)低頻方波(bō)勵磁．現分(fèn)🌂别予以介(jie)紹．
1．直流勵(li)磁
直流勵(li)磁方式用(yòng)直流電産(chan)生磁場或(huò)采用永久(jiǔ)磁鐵，它能(neng)産生一個(gè)恒定的均(jun)勻磁場．這(zhe)種直流勵(lì)磁變送器(qi)的最大🐇優(yōu)點是受交(jiao)流電磁場(chǎng)幹擾影響(xiǎng)很小，因而(er)可以忽略(lue)液體中的(de)自感現象(xiàng)的影響．但(dàn)是💃🏻，使用直(zhí)流磁場易(yi)使✨通過測(ce)量管道的(de)電解質液(ye)體被極化(hua)，即電解質(zhì)在電場中(zhōng)被電解，産(chǎn)生正負離(lí)子．在電場(chang)力的作用(yong)下，負離子(zǐ)跑向正極(ji)，正離子跑(pao)向負極．如(rú)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(ying)響
電磁流(liu)量計
的正(zheng)常工作．所(suǒ)以，直流勵(li)磁一般隻(zhī)用于測量(liang)非電解😄質(zhi)😘液體，如💋液(ye)态金屬等(deng)．
圖3－18直流勵(li)磁方式
2．交(jiao)流勵磁
目(mu)前，工業上(shang)使用的
電(dian)磁流量計(jì)
，大都采用(yòng)工頻(50Hz)電源(yuán)交流勵磁(ci)方式，即它(ta)的磁場是(shi)由正🎯弦交(jiao)變電流産(chan)生的，所以(yi)産生的磁(ci)場也是一(yī)個交變磁(cí)場．交變磁(ci)場變送器(qi)的主要優(you)點是消除(chu)了電極表(biǎo)面的極化(huà)于擾．另外(wai)🌈，由于磁場(chang)是交變的(de)，所以輸出(chu)信号也是(shì)交變信号(hào)，放大和轉(zhuan)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(cí)場的磁感(gan)應強度爲(wei)
B＝Bm sint （3－38）
則電極上(shang)産生的感(gan)生電動勢(shì)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體(ti)積流量爲(wei)
qv= D （3－40）
式中Bm――磁場(chang)磁感應強(qiáng)度的最大(dà)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(dù)Bm爲一定值(zhi)時，兩電極(ji)上輸出的(de)感生電動(dòng)勢e與流量(liang)qv成正比．這(zhe)就是交流(liú)磁場電磁(ci)流量變送(song)器的基本(běn)工作原理(li)．
值得注意(yi)的是，用交(jiao)流磁場會(hui)帶來一系(xi)列的電磁(cí)幹✌️擾問題(ti)💚．例💞如正交(jiāo)幹擾．同相(xiang)幹擾等，這(zhè)些幹擾信(xìn)号與有用(yong)🤟的流量信(xin)号混雜在(zài)一起．因此(cǐ)，如何正确(què)區分流量(liang)信号與幹(gan)擾信号，并(bing)如何有效(xiào)地抑制和(he)排除各種(zhong)幹擾信号(hào)，就成爲交(jiāo)流勵磁
電(diàn)磁流量計(jì)
研制的重(zhong)要課題。
3．低(dī)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(fang)波勵磁方(fang)式．它的勵(lì)磁電流波(bo)形如圖3—19所(suo)示，其頻率(lǜ)通㊙️常爲工(gong)頻的1／4－l／10．
圖3－19方(fāng)波勵磁電(diàn)流波形
從(cong)圖3－19可見，在(zài)半個周期(qi)内，磁場是(shì)恒穩的直(zhi)流磁場，它(tā)具有直📞流(liu)勵磁的特(te)點，受電磁(ci)幹擾影響(xiang)很小．從整(zheng)個💜時間過(guo)程看，方波(bō)信✌️号又是(shì)一個交變(bian)的信号，所(suo)以它能克(ke)服🛀🏻直流勵(lì)滋易産生(shēng)的極化現(xiàn)象．因此，低(di)頻方波勵(li)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(gai)括一下，
電(dian)磁流量計(jì)
具有如下(xia)幾個優點(dian)：
①
電磁流量(liang)計
能避免(miǎn)交流磁場(chang)的正交電(diàn)磁幹擾；
②
電(dian)磁流量計(ji)
消除由分(fen)布電容引(yǐn)起的工頻(pin)幹擾；
③
電磁(ci)流量計
抑(yì)制交流磁(ci)場在管壁(bì)和流體内(nèi)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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