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電磁(cí)流量計的(de)工作原理(li)

電磁流量(liang)計 （ ，簡稱 EMF ）是(shi)20世紀50~60年代(dài)随着電子(zǐ)技術的發(fa)展而迅速(sù)發展起來(lái)💔的新型流(liu)量測量儀(yí)表。 電磁流(liu)量計 是根(gēn)據法拉第(di)電磁感應(ying)定律制成(chéng)的，用來(lái)測量導電(dian)液體體積(jī)流量的儀(yi)表。由于其(qí)獨特的優(you)點， 電磁流(liu)量計 目前(qián)已廣泛地(di)被應用于(yu)工業過程(cheng)中各種導(dao)電液🚶體的(de)流🤞量測量(liàng)，如各種酸(suan)、堿、鹽等腐(fu)蝕性介質(zhi)； 電磁流量(liang)計 各種漿(jiāng)液流量測(ce)量，形成了(le)獨特的應(yīng)用領域。
在(zài)結構上，由電磁流(liú)量傳感器(qi)和轉換器(qi)兩部分組(zu)成。傳感器(qì)安🙇‍♀️裝在💯工(gōng)業過程管(guǎn)道上，它的(de)作用是将(jiang)流進管道(dào)内的💋液體(ti)體積流量(liang)🔞值線性地(dì)變換成感(gan)生電勢信(xìn)号，并通☁️過(guo)傳輸線将(jiāng)此信号送(sòng)到轉換器(qi)。轉換器安(an)裝在離傳(chuán)💋感器不太(tài)🤟遠的地方(fāng)，它将傳感(gan)💃器送來的(de)流量信号(hào)進行放大(dà)，并轉換成(chéng)流量信号(hào)成正比的(de)🧡标準電信(xin)号輸出，以(yi)進行顯示(shi)，累積和調(diào)節控⭐制。
電(diàn)磁流量計(jì) 的基本原(yuan)理
(一)測量(liàng)原理
根據(jù)法拉第電(diàn)磁感應定(ding)律，當一導(dǎo)體在磁場(chang)中運動❌切(qie)㊙️割💘磁力線(xiàn)時，在導體(tǐ)的兩端即(jí)産生感生(shēng)電勢㊙️e，其方(fang)向由右手(shou)定則确定(ding)🏃，其大小與(yǔ)磁場的磁(ci)感應強度(dù)B，導體在磁(ci)場内的長(zhǎng)度L及導體(tǐ)的運動速(sù)度u成正比(bi)，如果💋B， L，u三者(zhě)互相🚶垂直(zhí)，則
e＝Blu       (3－35)
與此相(xiàng)仿．在磁感(gǎn)應強度爲(wèi)B的均勻磁(ci)場中，垂直(zhi)于🔴磁場方(fang)向放一個(ge)内徑爲D的(de)不導磁管(guǎn)道，當導電(diàn)液體在管(guǎn)道🌍中以流(liu)速u流動時(shi)，導電流體(tǐ)就切割磁(cí)力線．如果(guo)在管道截(jie)面上垂直(zhí)于磁場的(de)直徑兩端(duan)安裝一對(duì)電極(圖3—17)則(ze)可以證明(míng)，隻要管道(dào)内流速分(fen)布爲軸對(dui)稱分布，兩(liang)電極之間(jian)也特産生(sheng)感生電動(dòng)勢：
e＝BD        (3－36)
式中，爲(wèi)管道截面(miàn)上的平均(jun1)流速．由此(ci)可得管道(dao)的體積流(liu)💜量爲：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由上(shàng)式可見，體(tǐ)積流量qv與(yu)感應電動(dòng)勢e和測量(liàng)管内徑D成(chéng)🐪線性關系(xì)，與磁場的(de)磁感應強(qiáng)度B成反比(bǐ)，與其它物(wu)理參數無(wu)關．這就是(shi) 電磁流量(liàng)計 的測量(liang)原理．
需要(yào)說明的是(shì)，要使式（3—37）嚴(yan)格成立，必(bi)須使測量(liàng)條件滿🈲足(zú)下列假定(dìng)：
①磁場是均(jun)勻分布的(de)恒定磁場(chǎng)；
②被測流體(tǐ)的流速軸(zhou)對稱分布(bù)；
③被測液體(tǐ)是非磁性(xing)的；
④被測液(ye)體的電導(dao)率均勻且(qiě)各向同性(xìng)。
圖3－17電磁流(liú)量計原理(li)簡圖
1－磁極(jí)；2－電極；3－管道(dào)
(二)勵磁方(fang)式
勵磁方(fāng)式即産生(sheng)磁場的方(fang)式．由前述(shù)可知，爲使(shǐ)式(3—37)嚴格成(cheng)立，第一個(gè)必須滿足(zú)的條件就(jiù)是要有一(yī)個均勻恒(héng)定的磁♉場(chang)．爲此，就需(xu)要選擇一(yi)種合适的(de)勵磁方式(shì)。目前，一👉般(ban)有三種勵(li)碰方式，即(ji)直流勵磁(cí)、交流勵磁(cí)和低頻方(fāng)波勵磁．現(xian)分别予以(yi)介紹．
1．直流(liu)勵磁
直流(liu)勵磁方式(shi)用直流電(diàn)産生磁場(chang)或采用永(yong)久磁🤟鐵，它(ta)能産生一(yī)個恒定的(de)均勻磁場(chang)．這種直流(liú)勵磁變送(sòng)器的最大(dà)優點是受(shòu)交流電磁(cí)場幹擾影(ying)響很小，因(yin)而可以忽(hū)略液體中(zhōng)的自感現(xian)象的影響(xiǎng)．但是，使用(yòng)直流磁場(chǎng)易使通過(guo)測量管道(dao)的電解質(zhi)液體被極(ji)化，即電解(jie)質在電場(chang)中被電解(jiě)，産生正負(fu)離子👈．在電(dian)場力的作(zuò)用下，負離(li)子跑向正(zheng)極，正離子(zi)跑向負極(ji)．如圖3—18所示(shi)．這樣，将導(dǎo)緻正負電(diàn)極分别被(bèi)相反極性(xing)的離子所(suo)包圍，嚴重(zhong)影響 電磁(ci)流量計 的(de)正常工作(zuo)．所以，直流(liu)勵磁一般(bān)隻用于測(ce)量非電解(jie)質液體💛，如(ru)液态金屬(shu)等．
圖3－18直流(liú)勵磁方式(shì)
2．交流勵磁(cí)
目前，工業(ye)上使用的(de) 電磁流量(liang)計 ，大都采(cai)用工頻(50Hz)電(diàn)源交流勵(li)磁方式，即(jí)它的磁場(chang)是由正🙇🏻弦(xian)交變電流(liú)産生的，所(suǒ)以産生的(de)磁場也是(shì)一個交🐪變(bian)磁場．交變(biàn)磁場變送(sòng)器的主要(yao)優點是消(xiāo)除😘了電極(ji)表面的極(ji)化于擾．另(ling)外，由于磁(ci)場是交變(bian)的🐅，所以輸(shu)出信号也(ye)是交變信(xin)号，放大和(hé)轉換低電(diàn)平的交流(liú)信号要比(bǐ)直流信👣号(hào)容易得多(duō)🐅．
如果交流(liu)磁場的磁(ci)感應強度(dù)爲
B＝Bm sint             （3－38）
則電極(ji)上産生的(de)感生電動(dong)勢爲
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測(ce)體積流量(liang)爲
qv= D                  （3－40）
式中Bm――磁(cí)場磁感應(ying)強度的最(zui)大值；
――勵磁(ci)電流的角(jiǎo)頻率，＝2f；
t――時間(jiān)；
f――電源頻率(lü)．
由式(3－40)可知(zhi)，當測量管(guan)内徑D不變(biàn)，磁感應強(qiáng)度Bm爲一定(dìng)值🥰時，兩電(dian)極上輸出(chu)的感生電(diàn)動勢e與流(liú)量qv成正比(bǐ)．這就是交(jiao)💃🏻流磁場電(dian)磁流量變(biàn)送器的基(ji)本工作原(yuan)理．
值得注(zhù)意的是，用(yòng)交流磁場(chǎng)會帶來一(yi)系列的電(dian)磁幹✂️擾問(wèn)題．例如正(zhèng)交幹擾．同(tong)相幹擾等(deng)，這些幹擾(rǎo)信号與有(you)用的流量(liàng)信号混雜(zá)在一起．因(yin)此，如何正(zheng)确區分流(liú)量信号與(yǔ)幹擾信号(hào)，并如何有(you)‼️效地抑制(zhi)和💋排除各(ge)種幹擾信(xìn)号，就成爲(wèi)交流勵磁(ci)研制的(de)重要課題(tí)。
3．低頻方波(bō)勵磁
直流(liu)勵磁方式(shi)和交流勵(li)滋方式各(ge)有優缺點(diǎn)，爲了充分(fèn)發揮⛹🏻‍♀️它們(men)的優點，盡(jìn)量避免它(tā)們的缺點(diǎn)，70年代以來(lai)，人們開始(shi)采用低頻(pín)方波勵磁(cí)方式．它的(de)勵磁電流(liu)波形如圖(tu)3—19所示，其頻(pín)率通常爲(wèi)工☁️頻的1／4－l／10．
圖(tu)3－19方波勵磁(ci)電流波形(xíng)
從圖3－19可見(jian)，在半個周(zhōu)期内，磁場(chang)是恒穩的(de)直流磁場(chǎng)，它具有直(zhi)流勵磁的(de)特點，受電(dian)磁幹擾影(yǐng)響很小．從(cong)整個時間(jian)過程看，方(fang)♊波信号又(you)是一個交(jiao)變的信号(hao)❄️，所以它能(neng)克服直流(liu)勵滋易産(chǎn)生的極化(huà)現象．因此(ci)☁️，低頻方波(bo)勵磁是一(yi)種比較好(hao)的勵磁方(fang)式，目前已(yi)在 電磁流(liú)量計 上廣(guǎng)泛的應用(yòng)．概括一下(xia)， 電磁流量(liàng)計 具有如(ru)下幾個優(yōu)點：
① 電磁流(liú)量計 能避(bì)免交流磁(ci)場的正交(jiāo)電磁幹擾(rao)；
② 電磁流量(liang)計 消除由(yóu)分布電容(róng)引起的工(gong)頻幹擾；
③ 電(dian)磁流量計(ji) 抑制交流(liu)磁場在管(guǎn)壁和流體(tǐ)内部引起(qi)的電渦流(liú)❌；
④ 電磁流量(liang)計 排除直(zhi)流勵磁的(de)極化現象(xiàng)．


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