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電磁流(liu)量計的工(gong)作原理

電(dian)磁流量計(ji) （ 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(fa)展起來的(de)新型流量(liang)測量儀表(biao)。 電磁流量(liang)計 是根據(ju)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律制成的(de)， 電磁流量(liang)計 用來測(ce)量導電液(ye)體體積流(liu)量的儀表(biao)。由于其獨(du)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(zhong)各種導電(dian)液體的流(liu)量測量，如(ru)各種酸、堿(jian)、鹽等腐蝕(shi)性介質； 電(dian)磁流量計(ji) 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(cheng)。傳感器🐅安(an)裝在工業(ye)👣過程管道(dao)上，它的作(zuo)用是将流(liu)進管道内(nei)的液體體(ti)積🏃🏻‍♂️流量🐪值(zhi)線🔞性地變(bian)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(yuan)的地方🔞，它(ta)将傳感器(qi)送來的流(liu)量信号進(jin)行放大，并(bing)轉換成流(liu)量信号成(cheng)正比的🔅标(biao)準電信号(hao)輸出，以進(jin)行顯示㊙️，累(lei)積和調節(jie)控制。
電磁(ci)流量計 的(de)基本原理(li)
(一)測量原(yuan)理
根據法(fa)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(shi)，在導體的(de)兩端即産(chan)生感生電(dian)勢🤩e，其方✍️向(xiang)由右手定(ding)則确定💃🏻，其(qi)大小與磁(ci)場的磁感(gan)應🏃‍♀️強度B，導(dao)體在磁場(chang)内的長度(du)L及導體的(de)運動速度(du)u成正比，如(ru)果B， L，u三者互(hu)相垂直，則(ze)
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(dao)中以♍流速(su)u流動時，導(dao)電流體就(jiu)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(ke)以證明，隻(zhi)要管道内(nei)流速分布(bu)爲軸對稱(cheng)分布，兩電(dian)極之間也(ye)特産生感(gan)生電動勢(shi)：
e＝BD        (3－36)
式中，爲管(guan)道截面上(shang)的平均流(liu)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(ji)流量qv與感(gan)應電動勢(shi)e和測量管(guan)内徑D成線(xian)性關系，與(yu)磁場的磁(ci)感應強度(du)B成反比，與(yu)其它物理(li)參🐅數無🌈關(guan)．這就是的測量原(yuan)理．
需要說(shuo)明的是，要(yao)使式（3—37）嚴格(ge)成立，必須(xu)使測量條(tiao)件滿足📧下(xia)列假定：
①磁(ci)場是均勻(yun)分布的恒(heng)定磁場；
②被(bei)測流體的(de)流速軸對(dui)稱分布；
③被(bei)測液體是(shi)非磁性的(de)；
④被測液體(ti)的電導率(lü)均勻且各(ge)向同性。
圖(tu)3－17電磁流量(liang)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(ke)知，爲使式(shi)☎️(3—37)嚴格成立(li)，第一個必(bi)須滿足的(de)條件就是(shi)要有一個(ge)🐆均勻恒定(ding)的磁場．爲(wei)此，就需要(yao)選擇一種(zhong)合适的勵(li)磁方式。目(mu)前，一般有(you)三種勵碰(peng)方式，即直(zhi)流勵磁、交(jiao)🛀🏻流勵磁和(he)低頻方波(bo)勵磁．現分(fen)😘别予以介(jie)紹．
1．直流勵(li)磁
直流勵(li)磁方式用(yong)直流電産(chan)生磁場或(huo)采用永久(jiu)磁💁鐵，它📧能(neng)産生一個(ge)恒定的均(jun)勻磁場．這(zhe)種直流勵(li)磁變送💋器(qi)的最大優(you)點是受交(jiao)流電磁場(chang)幹擾影響(xiang)很小，因而(er)☎️可以忽略(lue)液體中的(de)自感現象(xiang)的影響．但(dan)是㊙️，使用直(zhi)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(zhi)在電場中(zhong)被電解，産(chan)生正負離(li)子．在電場(chang)力的🔅作用(yong)下，負離子(zi)跑向正極(ji)，正離子跑(pao)向負極．如(ru)圖3—18所示．這(zhe)樣，将導🔞緻(zhi)正負電極(ji)分别被相(xiang)反極性的(de)離子所包(bao)圍，嚴重影(ying)響 電磁流(liu)量計 的正(zheng)常工作．所(suo)以，直流勵(li)磁一般隻(zhi)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(ji) ，大都采用(yong)工頻(50Hz)電源(yuan)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(yi)個交變磁(ci)場．交變磁(ci)☁️場變送器(qi)的主要優(you)點是消除(chu)了電極🔴表(biao)面的極化(hua)于擾．另外(wai)，由于磁場(chang)是交變的(de)💃，所以輸出(chu)信号也是(shi)🈲交變信号(hao)，放大和轉(zhuan)換低電平(ping)的交流信(xin)号要比直(zhi)流信号容(rong)易得多．
如(ru)果交流磁(ci)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(shi)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(qiang)度的最大(da)值；
――勵磁電(dian)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(du)Bm爲一定值(zhi)時，兩電極(ji)上輸出的(de)感生電動(dong)勢e與流量(liang)qv成正比．這(zhe)就是交流(liu)磁⛷️場電磁(ci)流量變送(song)器的基本(ben)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(ci)幹⛹🏻‍♀️擾㊙️問題(ti)😘．例如正交(jiao)幹擾．同相(xiang)幹擾等，這(zhe)些幹擾信(xin)🏃‍♂️号與有用(yong)的流量信(xin)号混雜在(zai)一起．因此(ci)，如何正确(que)🙇‍♀️區分流量(liang)信号與幹(gan)擾💛信号，并(bing)如何有效(xiao)地抑制和(he)排除各種(zhong)幹擾信号(hao)，就成爲交(jiao)流勵磁 電(dian)磁流量計(ji) 研制的重(zhong)要課題。
3．低(di)頻方波勵(li)磁
直流勵(li)磁方式和(he)交流勵滋(zi)方式各有(you)優缺點，爲(wei)了充分發(fa)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(ren)們開始😍采(cai)用低頻方(fang)波勵磁方(fang)式．它的勵(li)磁⭐電流波(bo)形如圖3—19所(suo)示，其頻率(lü)通常爲工(gong)頻的1／4－l／10．
圖3－19方(fang)波勵磁電(dian)流波形
從(cong)圖3－19可見，在(zai)半個周期(qi)内，磁場是(shi)恒穩的直(zhi)流磁場，它(ta)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(bo)信👨‍❤️‍👨号又是(shi)一個交變(bian)的信号，所(suo)以它☂️能克(ke)服直流勵(li)滋易産生(sheng)的極化現(xian)象．因此，低(di)頻方波勵(li)磁是一種(zhong)比較好的(de)勵磁方式(shi)，目前已在(zai) 電磁流量(liang)計 上廣泛(fan)的應用．概(gai)括一下， 電(dian)磁流量計(ji) 具有如下(xia)幾個優點(dian)：
① 電磁流量(liang)計 能避免(mian)交流磁場(chang)的正交電(dian)磁幹擾；
② 電(dian)磁流量計(ji) 消除由分(fen)布電容引(yin)起的工頻(pin)幹擾；
③ 電磁(ci)流量計 抑(yi)制交流磁(ci)場在管壁(bi)和流體内(nei)部引起的(de)電渦流；
④ 電(dian)磁流量計(ji) 排除直流(liu)勵磁的極(ji)化現象．


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