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電磁流(liú)量計的(de)工作原(yuan)理
電磁(cí)流量計(jì) （ Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是(shì)20世紀50~60年(nián)代随着(zhe)電子技(ji)術的發(fa)展而迅(xun)速發展(zhǎn)起♊來的(de)新👈型流(liú)量測量(liàng)儀表。電(diàn)磁流量(liang)計是根(gēn)據法拉(lā)第電磁(cí)感應定(dìng)律制成(chéng)的，電磁(ci)流量計(ji) 用來測(cè)量導電(diàn)液體體(ti)積流量(liang)的儀表(biao)。由于其(qi)獨特的(de)優點，電(diàn)磁流量(liang)計目前(qian)已廣泛(fàn)地被應(yīng)用于工(gōng)業過程(cheng)中各種(zhong)導電液(yè)體的流(liu)量測量(liang)，如各種(zhong)酸、堿、鹽(yan)等腐蝕(shí)性介質(zhi)；電磁流(liú)量計各(ge)種漿液(yè)流量測(ce)量，形成(chéng)了獨特(te)的應用(yòng)領域。在(zài)結構上(shang)，電磁流(liu)量計由(you)電磁流(liu)量傳感(gan)器和轉(zhuǎn)換器兩(liǎng)部分組(zǔ)成。傳感(gǎn)器安㊙️裝(zhuāng)在工業(yè)🔆過程管(guǎn)道上，它(ta)的作用(yong)是将流(liú)進管道(dao)内的液(ye)體體積(ji)💞流量值(zhi)線性地(di)變換成(chéng)感生電(diàn)勢信号(hao)，并通過(guo)傳輸線(xian)将此信(xìn)号送到(dao)轉換器(qi)。轉換器(qì)安裝在(zài)離傳☔感(gan)器不太(tài)遠的地(dì)方，它将(jiāng)傳感器(qi)送來的(de)流量信(xin)号進行(hang)放大，并(bing)轉換成(cheng)流量信(xin)号成正(zheng)比的标(biāo)準電信(xin)号輸出(chū)，以進行(háng)顯示🔞，累(lèi)積和調(diao)節控制(zhì)。電磁流(liú)量計的(de)基本原(yuan)理 (一)測(cè)量原理(lǐ) 根據法(fa)拉第電(diàn)磁感應(yīng)定律，當(dang)一導體(ti)在磁場(chang)中運動(dong)切割磁(cí)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻力線時(shi)，在導體(ti)的兩端(duan)即産生(shēng)感生電(dian)勢e，其方(fāng)向由右(you)手定則(ze)🔴确定，其(qí)大小與(yǔ)磁場的(de)磁感應(ying)🔆強度B，導(dao)體在磁(ci)場内的(de)長度L及(jí)導體的(de)運動速(sù)度u成正(zheng)比，如果(guo)B， L，u三者互(hù)相🔴垂直(zhí)，則 e＝Blu (3－35) 與此(cǐ)相仿．在(zài)磁感應(ying)強度爲(wèi)B的均勻(yún)磁場中(zhong)，垂直于(yú)磁場方(fāng)向放一(yī)個内徑(jìng)爲D的不(bú)導磁管(guan)道，當導(dao)電液體(tǐ)在管道(dao)中以流(liú)速㊙️u流動(dòng)時，導電(diàn)流體就(jiu)切割磁(cí)力線．如(ru)果在管(guan)道💃🏻截面(mian)上垂直(zhí)于磁場(chang)的直徑(jing)兩端安(ān)裝一對(dui)電極(圖(tu)3—17)則可🧡以(yǐ)證明，隻(zhī)要管道(dào)内流速(su)分布爲(wèi)軸對稱(chēng)分布，兩(liǎng)電極之(zhī)間也特(te)産生感(gǎn)生電動(dòng)勢⛱️： e＝BD (3－36) 式中(zhōng)，爲管道(dao)截面上(shàng)的平均(jun)流速．由(you)此可得(dé)管道的(de)體積流(liu)量爲： qv＝πDUˉ＝（3－37）由(you)上式可(ke)見，體積(ji)流量qv與(yu)感應電(dian)動勢e和(hé)測量管(guan)内徑D成(chéng)線性關(guān)💋系，與磁(ci)場的磁(ci)感應強(qiang)度B成反(fan)比，與其(qí)♊它物理(li)參數無(wú)關．這就(jiù)是電磁(cí)流量計(ji) 的測量(liàng)原理．需(xū)要說明(míng)的是，要(yào)使式（3—37）嚴(yán)格成立(lì)，必須使(shǐ)測量條(tiáo)件滿足(zú)✉️下列假(jiǎ)定： ①磁場(chang)是均勻(yun)分布的(de)恒定磁(cí)場； ②被測(cè)流體的(de)流速軸(zhou)對稱分(fèn)布； ③被測(ce)液體是(shi)非磁性(xing)的； ④被測(cè)液體的(de)電導率(lǜ)均勻且(qiě)各向同(tong)性。圖3－17電(diàn)磁流量(liang)計原理(lǐ)簡圖 1－磁(cí)極；2－電極(ji)；3－管道 (二(er))勵磁方(fāng)式勵磁(cí)方式即(jí)産生磁(ci)場的方(fāng)式．由前(qian)述可知(zhi)，爲使式(shi)🈲(3—37)嚴格成(chéng)立，第🏃🏻一(yi)個必須(xu)滿足的(de)條件就(jiu)是要有(you)一個🎯均(jun)勻恒定(dìng)的磁場(chang)．爲🔴此，就(jiù)需要選(xuan)擇一種(zhǒng)合适的(de)勵🌂磁方(fāng)式。目前(qián)，一般有(yǒu)三種勵(lì)碰方式(shi)，即直流(liu)勵磁、交(jiao)流勵磁(cí)和低頻(pin)方波勵(lì)磁．現分(fèn)别予以(yǐ)介紹． 1．直(zhí)流勵磁(ci) 直流勵(lì)磁方式(shi)用直流(liu)電産生(sheng)磁場或(huò)采用永(yǒng)久磁鐵(tiě)，它能産(chan)生一個(gè)恒定的(de)均勻磁(cí)場．這種(zhong)直流勵(lì)磁變送(sòng)器的🔞最(zui)大優點(dian)♍是受🚩交(jiao)流電磁(cí)場幹擾(rǎo)影響很(hěn)小，因而(ér)可以忽(hū)略液體(ti)中的自(zì)感現象(xiàng)的影響(xiang)．但是，使(shǐ)用直流(liu)磁場易(yi)使通過(guo)測量㊙️管(guǎn)道的電(dian)解質液(yè)體被極(jí)化，即電(diàn)解質在(zài)電場中(zhong)被電解(jie)，産生正(zhèng)負離子(zǐ)．在電場(chǎng)力的作(zuo)用下，負(fu)離子跑(pao)向正極(jí)，正離子(zǐ)跑向負(fù)極．如圖(tu)🌐3—18所示．這(zhe)樣，将導(dao)緻正負(fù)電極分(fèn)别被相(xiàng)反極性(xing)的離子(zi)所包圍(wei)，嚴重影(ying)響電磁(ci)流量計(jì) 的正常(chang)工作．所(suo)以，直流(liu)勵磁一(yī)般隻用(yong)于測量(liàng)非電解(jiě)質液體(tǐ)，如♍液态(tai)金屬等(deng)．圖3－18直流(liú)勵磁方(fāng)式 2．交流(liú)勵磁目(mù)前，工業(yè)上使用(yong)的電磁(ci)流量計(jì) ，大都采(cai)用工頻(pin)(50Hz)電源交(jiāo)流勵磁(cí)方式，即(jí)它的磁(ci)場是由(yóu)正弦交(jiāo)變電流(liú)産生的(de)，所以産(chǎn)生的磁(ci)場也是(shi)一個交(jiao)✏️變磁場(chang)．交變磁(ci)場變送(sòng)器的主(zhǔ)要優點(dian)是消除(chú)了電極(ji)表面的(de)極化于(yu)擾．另外(wài)，由于磁(cí)場是交(jiao)變的🔴，所(suǒ)以輸出(chu)🔱信号也(yě)是交變(biàn)信号，放(fàng)大和轉(zhuan)換低電(dian)平☔的交(jiāo)流信号(hao)要比直(zhí)流信号(hao)容易得(de)多．如果(guǒ)交流磁(cí)場的磁(cí)感應強(qiáng)度爲 B＝Bm sint （3－38）則(ze)電極上(shang)産生的(de)感生電(dian)動勢爲(wei) e＝Bm Dsint （3－39）被測體(ti)積流量(liang)爲 qv= D （3－40）式中(zhōng)Bm――磁場磁(cí)感應強(qiang)度的最(zui)大值； ――勵(lì)磁電流(liú)的角頻(pin)率，＝2f； t――時間(jian)； f――電源頻(pin)率．由式(shì)(3－40)可知，當(dang)測量管(guan)内徑D不(bú)變，磁感(gǎn)應強度(du)Bm爲一定(dìng)值時，兩(liǎng)電極上(shang)輸出的(de)感生電(dian)動勢e與(yu)流量qv成(chéng)正比．這(zhe)就是交(jiāo)流磁場(chang)電磁流(liu)量變送(song)器的基(ji)本工作(zuò)原理．值(zhí)得注意(yi)的是，用(yong)交流磁(cí)場會帶(dai)來一系(xì)列的電(dian)磁幹擾(rao)問題．例(lì)如正交(jiāo)幹擾．同(tóng)相幹擾(rǎo)等，這些(xiē)幹擾信(xìn)号與有(yǒu)用的流(liú)量信号(hao)混雜在(zài)一起．因(yīn)此，如何(he)正确區(qū)分流量(liàng)信号與(yǔ)幹擾☁️信(xin)号，并如(ru)何有效(xiao)地抑制(zhì)和排除(chu)各種幹(gàn)擾信号(hao)，就成爲(wèi)交🌈流勵(li)磁電磁(cí)流量計(jì) 研制的(de)重要課(ke)題。 3．低頻(pin)方波勵(li)磁直流(liú)勵磁方(fāng)式和交(jiāo)流勵滋(zī)方式各(ge)有優缺(que)點，爲了(le)充分✨發(fā)揮它們(men)的優點(dian)，盡量避(bi)免它們(men)的缺點(diǎn)，70年代🌍以(yǐ)來，人們(men)⭐開始采(cai)用低頻(pin)方波勵(li)磁方式(shi)．它的勵(li)磁電流(liu)波😍形如(rú)圖3—19所示(shì)，其頻率(lǜ)通常爲(wei)工頻的(de)1／4－l／10．圖3－19方波(bo)勵磁電(diàn)流波形(xing) 從圖3－19可(kě)見，在半(ban)個周期(qī)内，磁場(chǎng)是恒穩(wen)的直流(liu)磁場，它(ta)具有直(zhí)🐇流勵磁(ci)的特點(dian)，受電磁(cí)幹擾影(yǐng)響很小(xiao)．從整個(gè)👄時間過(guo)程看，方(fang)波信号(hao)又是一(yī)個交變(bian)的信号(hao)，所以它(tā)能克服(fú)直流勵(li)滋易産(chǎn)生的極(ji)化現象(xiang)．因此，低(di)頻方波(bō)勵磁是(shì)一種比(bǐ)較好🏃🏻‍♂️的(de)勵磁方(fāng)式，目前(qián)已在電(dian)磁流量(liàng)計上廣(guǎng)泛的應(yīng)用．概括(kuo)一下，電(diàn)磁流量(liang)計具有(you)如下幾(ji)個優點(dian)： ① 電磁流(liú)量計能(néng)避免交(jiāo)流磁場(chǎng)的正交(jiao)電磁幹(gan)擾； ② 電磁(cí)流量計(jì) 消除由(you)分布電(dian)容引起(qǐ)的工頻(pín)幹擾； ③ 電(diàn)磁流量(liang)計抑制(zhì)交流磁(cí)場在管(guan)壁和流(liú)體内部(bu)引起的(de)電渦流(liu)； ④ 電磁流(liu)量計排(pái)除直流(liú)勵磁的(de)極化現(xiàn)象．

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