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電磁流量計的(de)工作原理
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電磁流(liu)量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世紀(jì)50~60年代随着電子技(jì)術的發展而迅速(sù)發展起來的新型(xing)流量測量儀表。
電(diàn)磁流量計
是根據(ju)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，
電磁(cí)流量計
用來測量(liang)導電液體體積流(liú)量的儀表。由于其(qi)獨特的優點，
電磁(cí)流量計
目前已廣(guǎng)泛地被應用于工(gōng)業過程中各種導(dao)電液體的流量測(ce)量，如各種酸、堿、鹽(yan)等腐蝕性介質；
電(diàn)磁流量計
各種漿(jiang)液流量測量，形成(cheng)了獨特的應用領(lǐng)域。
在結構上，
電磁(cí)流量計
由電磁流(liu)量傳感器和轉換(huàn)器兩部分組成。傳(chuán)感器🧡安裝在工🙇🏻業(ye)過程管道上，它的(de)作用是将流進管(guan)道内的液體體積(jī)流量值線🌏性地變(biàn)換成感生電勢信(xin)🛀🏻号，并通過傳輸線(xiàn)将此信号送♊到轉(zhuǎn)換器。轉換器安🌍裝(zhuang)在離傳感器不太(tài)遠的地方，它将傳(chuan)感器送來的🔞流量(liang)信号進行放大，并(bìng)轉換成流量信号(hao)成正比的标準電(dian)信号輸出，以進行(háng)顯示，累積和調節(jiē)控制。
電磁流量計(ji)
的基本原理
(一)測(cè)量原理
根據法拉(lā)第電磁感應定律(lü)，當一導體在磁場(chang)中運動🈲切割磁力(lì)線時，在導體的兩(liǎng)端即産生感生電(dian)勢e，其方向由右手(shǒu)🏃定則确定，其大小(xiǎo)與磁場的磁感應(ying)強度B，導體在磁場(chang)内的長度L及導體(tǐ)的運動速度u成正(zhèng)比，如果B， L，u三者互相(xiang)垂直，則
e＝Blu (3－35)
與此相仿(pang)．在磁感應強度爲(wèi)B的均勻磁場中，垂(chui)直于磁場方向放(fang)一個内徑爲D的不(bu)導磁管道，當導電(dian)液體在管道中以(yi)流速u流動時，導電(dian)流體就切割磁力(li)線．如果在管道截(jié)面上垂直于磁場(chang)的直徑兩端安裝(zhuang)一對電😘極(圖3—17)則可(kě)以證明，隻要管道(dao)内流速分布爲軸(zhóu)對稱分😄布，兩電極(jí)之間也特産生感(gan)生電動勢✔️：
e＝BD (3－36)
式中，爲(wèi)管道截面上的平(ping)均流速．由此可得(de)管道的體積流量(liàng)爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可見，體(tǐ)積流量qv與感應電(diàn)動勢e和測量管内(nei)㊙️徑D成線性♋關系，與(yu)磁場的磁感應強(qiáng)度B成反比，與其它(ta)物理參數無🤞關．這(zhe)就是
電磁流量計(ji)
的測量原理．
需要(yao)說明的是，要使式(shi)（3—37）嚴格成立，必須使(shǐ)測量條件滿足下(xia)列🍉假定：
①磁場是均(jun1)勻分布的恒定磁(cí)場；
②被測流體的流(liu)速軸對稱分布；
③被(bèi)測液體是非磁性(xìng)的；
④被測液體的電(diàn)導率均勻且各向(xiàng)同性。
圖3－17電磁流量(liàng)計原理簡圖
1－磁極(ji)；2－電極；3－管道
(二)勵磁(cí)方式
勵磁方式即(jí)産生磁場的方式(shì)．由前述可知，爲使(shi)式🈲(3—37)嚴格🚶成立，第🙇🏻一(yi)個必須滿足的條(tiao)件就是要有一個(ge)均勻恒定的磁🔞場(chǎng)．爲此，就需要選擇(ze)一種合适的勵🔴磁(cí)方式。目前，一🔞般有(you)三種勵碰方式，即(ji)直流勵磁、交流勵(li)磁和低頻方波勵(li)磁．現分🍉别予以介(jiè)紹．
1．直流勵磁
直流(liu)勵磁方式用直流(liu)電産生磁場或采(cǎi)用永久磁鐵，它能(néng)産生一個恒定的(de)均勻磁場．這種直(zhi)流勵磁變送器的(de)最大優點是受交(jiao)流電磁場幹擾影(ying)響很🔅小，因而可以(yǐ)忽略液體中的自(zi)感現象✨的影響．但(dan)是，使用直流磁場(chang)易使通過測量管(guan)道的電解質液體(tǐ)被極化，即電解質(zhi)在電場中被電解(jiě)，産生正負離子💃．在(zai)電場力的作用下(xia)，負離子跑向正極(jí)，正離子跑向負極(ji)．如圖🐆3—18所示．這☁️樣，将(jiang)導緻正負電極分(fen)别被相反極性的(de)離子所包圍，嚴重(zhong)影響
電磁流量計(ji)
的正常工作．所以(yǐ)，直流勵磁一般隻(zhi)用于測量非電解(jie)質液體，如液态金(jīn)屬等．
圖3－18直流勵磁(ci)方式
2．交流勵磁
目(mu)前，工業上使用的(de)
電磁流量計
，大都(dōu)采用工頻(50Hz)電源交(jiao)流勵磁方式，即它(tā)的磁場是由正弦(xián)交變電流産生的(de)，所以産生的磁場(chang)也是一個交變磁(cí)場．交變磁場變送(song)器的主要優點是(shì)消除了電極表面(mian)的極化于擾．另外(wài)，由于磁場是交變(biàn)的，所以輸出信号(hao)也是🐇交變信号，放(fàng)大和轉換低電平(píng)的交流信号要比(bǐ)直流信✨号容易得(de)多🤩．
如果交流磁場(chǎng)的磁感應強度爲(wèi)
B＝Bm sint （3－38）
則電極上産生的(de)感生電動勢爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被(bei)測體積流量爲
qv= D （3－40）
式(shi)中Bm――磁場磁感應強(qiang)度的最大值；
――勵磁(cí)電流的角頻率，＝2f；
t――時(shí)間；
f――電源頻率．
由式(shì)(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(gan)生電動勢e與流量(liang)qv成正比．這就是交(jiāo)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(chang)會帶來一系列的(de)電磁幹擾問🏃🏻♂️題．例(li)如正交幹擾．同相(xiang)幹擾等，這些幹擾(rǎo)信号與有用♻️的流(liu)量信号混雜在一(yi)起．因此，如何正确(que)區分流🔱量信号與(yu)幹擾信号，并如何(hé)有效地抑制和💋排(pái)除各種幹擾信号(hao)🧡，就成爲交流勵磁(ci)
電磁流量計
研制(zhi)的重要課題。
3．低頻(pin)方波勵磁
直流勵(lì)磁方式和交流勵(lì)滋方式各有優缺(que)點，爲了🌈充分發揮(hui)🔆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(li)磁㊙️電流波形如圖(tú)📧3—19所示，其頻率通常(chang)爲工頻的1／4－l／10．
圖3－19方波(bo)勵磁電流波形
從(cóng)圖3－19可見，在半個周(zhōu)期内，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場✂️，它💞具(ju)有🐉直流勵磁的特(te)點，受電磁幹擾影(ying)響很小．從整個🏒時(shí)間💞過程看，方💛波信(xìn)🤞号又是一個交變(bian)的信号，所以它能(neng)克服直流勵滋易(yi)産♻️生的極化現象(xiàng)．因此，低頻方波勵(lì)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(gai)括一下，
電磁流量(liàng)計
具有如下幾個(ge)優點：
①
電磁流量計(ji)
能避免交流磁場(chang)的正交電磁幹擾(rǎo)；
②
電磁流量計
消除(chu)由分布電容引起(qi)的工頻幹擾；
③
電磁(cí)流量計
抑制交流(liú)磁場在管壁和流(liú)體内部引起的電(dian)渦流；
④
電磁流量計(ji)
排除直流勵磁的(de)極化現象．
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