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電磁流量(liang)計的工作原理

電(diàn)磁流量計 （ Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是(shi)20世紀50~60年代随着電(dian)子技術的發展而(er)迅速發展起來的(de)新型流量測量儀(yí)表。 電磁流量計 是(shì)根據法拉第電磁(ci)感應定律制成的(de)， 電磁流量計 用來(lái)測量導電液體體(tǐ)積流量的儀表。由(yóu)于其獨特的⛹🏻‍♀️優點(dian)， 電磁流量計 目前(qián)已廣泛地被應用(yòng)于工業過程中各(gè)種導電液體💋的流(liu)量測量，如各種酸(suan)、堿、鹽等腐蝕性介(jiè)質； 電磁流量計 各(gè)種漿液流量測量(liàng)，形成了獨特的應(ying)用領域。
在結構上(shang)， 電磁流量計 由電(dian)磁流量傳感器和(he)轉換器兩部分組(zu)成。傳感器安裝☂️在(zài)工‼️業過程管道上(shàng)，它的作用是将流(liú)進管道内的📞液體(ti)體積流量值線性(xìng)地變換成感生電(diàn)勢信💜号，并通過傳(chuán)輸線将此⭐信号送(song)到轉換器。轉換器(qì)安裝在離傳感器(qi)不太遠的地方，它(tā)将傳感器送來的(de)流量信号進🔞行放(fàng)大，并轉換成流量(liang)信号成正比的标(biao)準電信号輸出，以(yi)進行顯示，累積和(hé)調節控制。
電磁流(liú)量計 的基本原理(li)
(一)測量原理
根據(ju)法拉第電磁感應(yīng)定律，當一導體在(zai)磁場中運動🔞切割(ge)磁力線時，在導體(tǐ)的兩端即産生感(gǎn)生電勢e，其方向由(yóu)右手定則确定☎️，其(qí)大小與磁場的磁(ci)感應強度B，導體在(zài)磁場内的長度L及(jí)導體的運動速度(dù)u成正比，如果B， L，u三者(zhe)互相🔞垂直，則
e＝Blu       (3－35)
與此(cǐ)相仿．在磁感應強(qiang)度爲B的均勻磁場(chang)中，垂直于磁場方(fāng)向放一個内徑爲(wèi)D的不導磁管道，當(dāng)導電液體在🏃‍♂️管道(dao)中以流速🤟u流動時(shi)，導電流體就切割(ge)磁力線．如果在管(guan)道截面上垂直于(yú)磁場的直徑兩端(duān)安裝一對電極(圖(tu)3—17)則可以證明，隻要(yao)管道内流速分布(bu)♻️爲軸對稱分布，兩(liang)電極之間也特産(chan)生感生電動勢：
e＝BD        (3－36)
式(shi)中，爲管道截面上(shang)的平均流速．由此(ci)可得管道的體積(ji)流量爲♈：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由上式可(kě)見，體積流量qv與感(gǎn)應電動勢e和測量(liàng)管内💁徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感(gǎn)應強度B成反比，與(yǔ)其它物理參數無(wu)關．這🏃🏻就是 電磁流(liú)量計 的測量原理(lǐ)．
需要說明的是，要(yào)使式（3—37）嚴格成立，必(bì)須使測量條件滿(mǎn)足下列假定：
①磁場(chang)是均勻分布的恒(heng)定磁場；
②被測流體(ti)的流速軸對稱分(fèn)布；
③被測液體是非(fēi)磁性的；
④被測液體(tǐ)的電導率均勻且(qie)各向同性。
圖3－17電磁(cí)流量計原理簡圖(tú)
1－磁極；2－電極；3－管道
(二(er))勵磁方式
勵磁方(fāng)式即産生磁場的(de)方式．由前述可知(zhi)，爲使式(3—37)嚴格⭐成立(lì)🔴，第一個必須滿足(zú)的條件就是要有(you)一個均勻恒定的(de)磁場．爲此，就需要(yào)選擇一種合适的(de)勵磁方式。目前，一(yi)般有三種勵碰💚方(fāng)式，即💜直流勵磁、交(jiāo)流勵磁和☂️低頻方(fāng)波勵磁．現分别予(yǔ)以介紹．
1．直流勵磁(ci)
直流勵磁方式用(yong)直流電産生磁場(chang)或采用永久磁☀️鐵(tiě)㊙️，它能産生一個恒(héng)定的均勻磁場．這(zhe)種直流勵磁變送(song)器的大優📧點是受(shòu)交流電磁場幹擾(rao)影響很小，因而可(kě)以忽略液體中的(de)自感📞現象的影響(xiǎng)．但是，使用直流磁(ci)✍️場易使通過測量(liàng)管㊙️道的電解✂️質液(yè)體被極化，即電解(jiě)❌質在電場中被電(dian)解，産生正負離子(zi)．在電場力的作用(yòng)下，負離子跑向正(zhèng)極，正離子跑💛向負(fu)極．如圖3—18所🤞示．這樣(yàng)👨‍❤️‍👨，将導緻正負電極(jí)分别被相反極性(xìng)的離子所包圍，嚴(yan)💁重影響的正常工作．所(suǒ)以，直流勵磁一般(ban)隻用于測量非電(diàn)解質液體，如液态(tai)金屬等．
圖3－18直流勵(lì)磁方式
2．交流勵磁(ci)
目前，工業上使用(yòng)的 電磁流量計 ，大(dà)都采用工頻(50Hz)電源(yuan)交流勵磁方式，即(ji)它的磁場是由正(zheng)✂️弦交♻️變電流産生(shēng)的，所以産生的磁(cí)場也是一個交變(biàn)磁場．交變磁場變(biàn)🈲送器的主要優點(diǎn)是消除了電極♌表(biao)面的🍓極化于擾．另(ling)外，由于磁場是交(jiāo)變的，所以輸出信(xìn)号也是交變信号(hao)💋，放大和轉換低電(diàn)平📞的交流信号要(yào)比直流信🌈号容易(yi)得多．
如果交流磁(cí)場的磁感應強度(dù)爲
B＝Bm sint             （3－38）
則電極上産生(shēng)的感生電動勢爲(wèi)
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體積流量爲(wèi)
qv= D                  （3－40）
式中Bm――磁場磁感應(yīng)強度的大值；
――勵磁(cí)電流的角頻率，＝2f；
t――時(shi)間；
f――電源頻率．
由式(shi)(3－40)可知，當測量管内(nei)徑D不變，磁感應強(qiáng)度Bm爲一定值時，兩(liǎng)電極上輸出的感(gǎn)生電動勢e與流量(liàng)qv成正比．這就是交(jiao)流磁場電磁流量(liang)變送器的基本工(gong)作原理．
值得注意(yi)的是，用交流磁場(chǎng)會帶來一系列的(de)電磁幹擾問題．例(lì)如正交幹擾．同相(xiàng)幹擾等，這些幹擾(rǎo)信号與👅有用的流(liú)量信号混雜在一(yi)起．因此，如何正确(que)區分流量信号與(yǔ)幹擾🚩信号，并如何(he)有效地抑制和排(pai)除各種幹擾信号(hào)，就成爲交流勵磁(cí) 電磁流量計 研制(zhi)的重要課題。
3．低頻(pin)方波勵磁
直流勵(li)磁方式和交流勵(li)滋方式各有優缺(quē)點，爲了🍓充💰分發揮(huī)它們的優點，盡量(liàng)避免它們的缺點(diǎn)，70年代📧以來，人們開(kai)始采用低頻方波(bō)勵磁方式．它的勵(lì)磁電流波♻️形如圖(tu)3—19所示，其頻率通🥰常(chang)爲工🧡頻的1／4－l／10．
圖3－19方波(bō)勵磁電流波形
從(cóng)圖3－19可見，在半個周(zhou)期内，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場，它具(ju)🚶有直流🆚勵磁的特(tè)點，受電磁幹擾影(yǐng)響很小．從整個時(shi)間過程看，方波信(xin)号又是一個交變(bian)的信号，所以它能(néng)克服直流勵🏃‍♀️滋易(yì)産生的極化現象(xiang)．因此，低頻方波勵(li)磁是一🐪種比較好(hao)的勵磁方式，目前(qián)已在 電磁流量計(jì) 上廣泛的應用．概(gài)括一下，具有如下幾個(gè)優點：
① 電磁流量計(ji) 能避免交流磁場(chang)的正交電磁幹擾(rao)；
② 電磁流量計 消除(chu)由分布電容引起(qi)的工頻幹擾；
③抑制交流(liú)磁場在管壁和流(liu)體内部引起的電(diàn)渦流；
④ 電磁流量計(jì) 排除直流勵磁的(de)極化現象．


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