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電磁(ci)流量計的(de)工作原理(li)
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電磁流量(liang)計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是(shi)20世紀50~60年代(dai)随着電子(zi)技術的發(fa)展而迅速(su)發展起來(lai)的新型流(liu)量測量儀(yi)表。
電磁流(liu)量計
是根(gen)據法拉第(di)電磁感應(ying)定律制成(cheng)的，
電磁流(liu)量計
用來(lai)測量導電(dian)液體體積(ji)流量的儀(yi)表。由于其(qi)獨特的優(you)🔴點，
電磁流(liu)量計
目前(qian)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(liang)，如各種酸(suan)、堿、鹽等腐(fu)蝕性介質(zhi)；
電磁流量(liang)計
各種漿(jiang)液流量測(ce)量，形成了(le)獨特的應(ying)用領域。
在(zai)結構上，
電(dian)磁流量計(ji)
由電磁流(liu)量傳感器(qi)和轉換器(qi)兩部分組(zu)成。傳感器(qi)安⚽裝在工(gong)業過程管(guan)道上，它的(de)作用是将(jiang)流進管道(dao)内的液體(ti)體積流量(liang)值線性地(di)變換成感(gan)生電勢信(xin)号，并通過(guo)傳輸線将(jiang)此信号送(song)到轉換㊙️器(qi)。轉換器安(an)裝在離傳(chuan)感器不太(tai)遠的地方(fang)，它将傳感(gan)器送來的(de)流量信号(hao)進行放大(da)，并轉換成(cheng)流量信号(hao)成正比的(de)⁉️标準電信(xin)号輸出，以(yi)進行顯示(shi)，累積和調(diao)節控制。
電(dian)磁流量計(ji)
的基本原(yuan)理
(一)測量(liang)原理
根據(ju)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律，當一導(dao)體在磁場(chang)中運動切(qie)割磁力線(xian)時，在導體(ti)的兩端即(ji)産生感生(sheng)電勢e，其方(fang)向由右手(shou)定則确定(ding)，其大小與(yu)磁場的磁(ci)感應強度(du)B，導體在磁(ci)場内的🌏長(zhang)度L及💛導體(ti)的💋運動速(su)度u成🌍正比(bi)，如果B， L，u三者(zhe)互相🔅垂直(zhi)，則
e＝Blu (3－35)
與此相(xiang)仿．在磁感(gan)應強度爲(wei)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(guan)道，當導電(dian)液體在管(guan)道中以🐕流(liu)速u流動時(shi)，導電流體(ti)就切割磁(ci)力線．如果(guo)在管道截(jie)面上垂直(zhi)于磁場的(de)直徑兩端(duan)安裝一對(dui)電☁️極(圖3—17)則(ze)可以證明(ming)，隻要管道(dao)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(dong)勢🔞：
e＝BD (3－36)
式中，爲(wei)管道截面(mian)上的平均(jun)流速．由此(ci)可得管道(dao)的體✏️積🐪流(liu)🔆量爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上(shang)式可見，體(ti)積流量qv與(yu)感應電動(dong)勢e和測量(liang)管内徑D成(cheng)線❤️性關系(xi)，與磁場的(de)磁感應強(qiang)度B成反比(bi)，與其它物(wu)理參數無(wu)❌關．這就是(shi)
電磁流量(liang)計
的測量(liang)原理．
需要(yao)說明的是(shi)，要使式（3—37）嚴(yan)格成立，必(bi)須使測量(liang)條件滿足(zu)下列假定(ding)：
①磁場是均(jun)勻分布的(de)恒定磁場(chang)；
②被測流體(ti)的流速軸(zhou)對稱分布(bu)；
③被測液體(ti)是非磁性(xing)的；
④被測液(ye)體的電導(dao)率均勻且(qie)各向同性(xing)。
圖3－17電磁流(liu)量計原理(li)簡圖
1－磁極(ji)；2－電極；3－管道(dao)
(二)勵磁方(fang)式
勵磁方(fang)式即産生(sheng)磁場的方(fang)式．由前述(shu)可知，爲使(shi)式(3—37)嚴✔️格成(cheng)立，第🥵一個(ge)必須滿足(zu)的條件就(jiu)是要有一(yi)個均勻恒(heng)定的磁場(chang)．爲此，就需(xu)要選擇一(yi)種合适的(de)勵磁方式(shi)‼️。目前，一般(ban)有三種勵(li)碰方式，即(ji)直流勵磁(ci)、交🔞流勵磁(ci)和🤟低頻方(fang)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(dian)産生磁場(chang)或采用永(yong)久磁鐵，它(ta)能🔴産生一(yi)個恒定的(de)均勻磁場(chang)．這種直流(liu)勵磁變送(song)器的最大(da)優點是受(shou)交流電磁(ci)場幹擾影(ying)響很小，因(yin)而可以忽(hu)略液體中(zhong)的自感現(xian)象的影響(xiang)．但是，使用(yong)直流磁場(chang)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(jie)，産⛱️生正負(fu)離子．在電(dian)場力的作(zuo)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(dao)緻正負電(dian)極分别被(bei)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(ban)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(liu)勵磁方式(shi)
2．交流勵磁(ci)
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(dian)源交流勵(li)磁方式，即(ji)它的磁場(chang)是由正弦(xian)交變電流(liu)産生的，所(suo)以産生的(de)磁場也是(shi)一個交變(bian)磁場．交🍉變(bian)磁場變送(song)器的主要(yao)優點是消(xiao)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(he)轉換低電(dian)平的交流(liu)信号要比(bi)直流信号(hao)容易得多(duo)💃🏻．
如果交流(liu)磁場的磁(ci)感應強度(du)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(ci)場磁感應(ying)強度的最(zui)大值；
――勵磁(ci)電流的角(jiao)頻率，＝2f；
t――時間(jian)；
f――電源頻率(lü)．
由式(3－40)可知(zhi)，當測量管(guan)内徑D不變(bian)，磁感應強(qiang)度Bm爲一定(ding)值時🈲，兩電(dian)極上輸出(chu)的感生電(dian)動勢e與流(liu)量qv成正比(bi)．這就是交(jiao)流磁場電(dian)磁流✏️量變(bian)送器的基(ji)本工作原(yuan)理．
值得注(zhu)意的是，用(yong)交流磁場(chang)會帶來一(yi)系列的電(dian)磁幹擾問(wen)題．例如正(zheng)交幹擾．同(tong)相幹擾等(deng)，這些幹擾(rao)信号與有(you)用的流量(liang)信号混雜(za)在一起．因(yin)此，如何正(zheng)确區分流(liu)量信号與(yu)幹擾信号(hao)，并☎️如何有(you)效地抑制(zhi)和排除各(ge)種🐕幹擾信(xin)号，就成爲(wei)交✔️流勵磁(ci)
電磁流量(liang)計
研制的(de)重要課題(ti)。
3．低頻方波(bo)勵磁
直流(liu)勵磁方式(shi)和交流勵(li)滋方式各(ge)有優缺點(dian)，爲了充分(fen)發揮它們(men)的優點，盡(jin)量避免它(ta)們的缺點(dian)，70年代以來(lai)，人們開始(shi)👈采用😘低頻(pin)方波勵磁(ci)方式．它的(de)勵磁🔞電流(liu)波🌐形如圖(tu)🔞3—19所示，其頻(pin)率通☁️常爲(wei)工頻的1／4－l／10．
圖(tu)3－19方波勵磁(ci)電流波形(xing)
從圖3－19可見(jian)，在半個周(zhou)期内，磁場(chang)是恒穩的(de)直流磁場(chang)，它具💃有直(zhi)流勵磁的(de)特點，受電(dian)磁幹擾影(ying)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(chan)♋生的極化(hua)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(liu)量計
上廣(guang)泛的應用(yong)．概括一下(xia)，
電磁流量(liang)計
具有如(ru)下幾個優(you)點：
①
電磁流(liu)量計
能避(bi)免交流磁(ci)場的正交(jiao)電磁幹擾(rao)；
②
電磁流量(liang)計
消除由(you)分布電容(rong)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(guan)壁和流體(ti)内部引起(qi)的電渦流(liu)；
④
電磁流量(liang)計
排除直(zhi)流勵磁的(de)極化現象(xiang)．
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