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電磁流(liú)量計的工(gong)作原理

電(diàn)磁流量計(jì) Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是20世(shi)紀50~60年代随(sui)着電子技(jì)術的發展(zhan)而迅速發(fa)展起來的(de)新型流量(liàng)測量儀表(biao)。 電磁流量(liang)計 是根據(jù)法拉第電(diàn)磁感應定(ding)律制成的(de)， 電磁流量(liang)計 用來測(ce)量導電液(yè)體體積流(liu)量的儀表(biao)。由于其獨(dú)特的優點(diǎn)， 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(diàn)液體的流(liú)量測量，如(rú)各種酸、堿(jiǎn)、鹽等腐蝕(shi)性介質；各種漿液(ye)流量測量(liàng)，形成了獨(du)特的應用(yong)領域。
在結(jié)構上， 電磁(cí)流量計 由(yóu)電磁流量(liàng)傳感器和(hé)轉換器兩(liǎng)部分組成(chéng)。傳感器安(an)裝在工業(yè)過程管道(dào)上，它的作(zuò)用是将流(liu)進管道内(nei)的液體體(ti)積流量值(zhí)線性地變(biàn)換成感生(sheng)電勢信号(hào)，并通過傳(chuan)輸線将此(ci)信号送🔴到(dao)轉換🔅器。轉(zhuǎn)換器安裝(zhuāng)在離傳感(gan)器不太遠(yuan)的地方，它(ta)将傳感器(qi)送來的流(liú)量信号進(jin)行放大，并(bing)轉🥵換成流(liú)量信号成(chéng)正比的标(biāo)準電信号(hao)輸❗出，以進(jìn)行顯示，累(lei)積和調節(jie)控制。
電磁(cí)流量計 的(de)基本原理(lǐ)
(一)測量原(yuan)理
根據法(fǎ)拉第電磁(cí)感應定律(lü)，當一導體(tǐ)在磁場中(zhōng)運動切割(gē)😄磁🥵力📧線時(shí)，在導體的(de)兩端即産(chan)生感生電(dian)勢e，其方向(xiàng)由右手🔴定(ding)則确定，其(qí)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(dù)u成正比，如(ru)果B， L，u三者互(hù)相垂直，則(zé)
e＝Blu       (3－35)
與此相仿(páng)．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(xiàng)放一個内(nèi)徑爲D的不(bú)導磁管道(dào)，當導電液(yè)體在管道(dào)中以流速(sù)u流動時，導(dao)電流體就(jiù)切割磁力(lì)線．如果在(zai)管道截面(miàn)上垂直于(yu)磁場的直(zhí)徑兩端安(ān)🐅裝一對電(dian)📧極(圖3—17)則可(kě)🛀以證明，隻(zhī)要管道内(nei)流速分布(bu)爲軸對稱(cheng)分布，兩電(diàn)極之間也(ye)特産生感(gan)生電動勢(shì)⚽：
e＝BD        (3－36)
式中，爲管(guǎn)道截面上(shang)的平均流(liú)速．由此可(ke)得管道的(de)體積❄️流量(liang)爲：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由上式(shì)可見，體積(ji)流量qv與感(gǎn)應電動勢(shi)e和測量管(guan)内徑D成線(xiàn)性關系，與(yǔ)磁場的磁(cí)感應強度(du)B成反比，與(yu)其它物理(li)參📧數無關(guān)．這就是 電(dian)磁流量計(ji) 的測量原(yuán)理．
需要說(shuō)明的是，要(yào)使式（3—37）嚴格(ge)成立，必須(xū)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(héng)定磁場；
②被(bei)測流體的(de)流速軸對(dui)稱分布；
③被(bèi)測液體是(shì)非磁性的(de)；
④被測液體(ti)的電導率(lǜ)均勻且各(gè)向同性。
圖(tú)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(shì)
勵磁方式(shì)即産生磁(cí)場的方式(shi)．由前述可(kě)知，爲使式(shì)(3—37)嚴格成立(lì)，第✔️一個必(bi)須滿足的(de)條件就是(shì)要有一個(ge)均勻恒定(dìng)的磁場．爲(wei)此，就🤞需要(yao)選擇一種(zhong)合适的勵(li)磁方式。目(mù)前，一般有(you)三種勵碰(pèng)方式，即直(zhi)流勵磁、交(jiao)流勵磁和(he)✌️低頻方波(bo)勵磁．現分(fèn)💔别予以介(jiè)紹．
1．直流勵(li)磁
直流勵(li)磁方式用(yong)直流電産(chǎn)生磁場或(huo)采用永久(jiǔ)磁鐵👈，它能(néng)💋産生一個(ge)恒定的均(jun)勻磁場．這(zhè)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(ér)可以忽略(lue)液體💞中的(de)自感現象(xiang)的影響．但(dàn)是，使用直(zhí)流磁場易(yì)使通過測(ce)量管道的(de)電解質液(yè)體📞被極化(huà)，即電解質(zhi)在電場中(zhōng)被電解，産(chǎn)✍️生正負離(lí)子．在電場(chang)力的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼作✍️用(yong)下，負離子(zi)跑向正極(jí)，正離子跑(pao)向負極．如(ru)圖3—18所示．這(zhè)樣，将導緻(zhi)正負電極(jí)分别被相(xiang)反極性的(de)離子所包(bāo)圍⁉️，嚴重影(yǐng)響 電磁流(liú)量計 的正(zheng)常工作．所(suǒ)以，直流勵(lì)磁一般隻(zhi)用于測量(liang)非電🏃‍♀️解質(zhi)液體，如液(yè)态金屬等(děng)．
圖3－18直流勵(li)磁方式
2．交(jiao)流勵磁
目(mu)前，工業上(shàng)使用的 電(diàn)磁流量計(ji) ，大都采用(yòng)工頻(50Hz)電源(yuan)交流勵磁(cí)方式，即它(tā)的磁場是(shì)由🎯正弦交(jiāo)👣變電流産(chǎn)生的，所以(yi)産生的磁(ci)場也是一(yi)個交變磁(cí)場．交⭕變磁(cí)場變送器(qi)的主要優(yōu)點是消除(chú)💃🏻了電極表(biao)面的✊極化(huà)于擾．另外(wai)，由于磁場(chǎng)是交變的(de)，所以輸出(chu)信号也是(shì)交變信号(hao)，放大和轉(zhuan)💋換低電平(píng)的交流信(xin)号要比直(zhi)流信号容(róng)易得多．
如(rú)果交流磁(cí)場的磁感(gǎn)應強度爲(wei)
B＝Bm sint             （3－38）
則電極上(shàng)産生的感(gan)生電動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體(tǐ)積流量爲(wei)
qv= D                  （3－40）
式中Bm――磁場(chǎng)磁感應強(qiáng)度的最大(da)值；
――勵磁電(diàn)流的角頻(pín)率，＝2f；
t――時間；
f――電(diàn)源頻率．
由(yóu)式(3－40)可知，當(dang)測量管内(nèi)徑D不變，磁(cí)感應強度(dù)Bm爲一定值(zhi)時🏒，兩電極(ji)上輸出的(de)感生電動(dòng)勢e與流量(liang)qv成正比．這(zhe)就是交💛流(liu)磁✂️場電磁(cí)流量變送(sòng)器的基本(běn)工作原理(lǐ)．
值得注意(yì)的是，用交(jiāo)流磁場會(huì)帶來一系(xì)列的電磁(ci)幹擾問題(tí)．例如正交(jiāo)幹擾．同相(xiang)幹擾等，這(zhe)些幹擾信(xìn)号與📧有用(yòng)的流量信(xin)号混雜在(zài)一起．因此(ci)，如何正确(què)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(zhǒng)📞幹擾信号(hao)，就成爲交(jiāo)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(lì)磁
直流勵(lì)磁方式和(hé)交流勵滋(zī)方式各有(you)優缺點，爲(wèi)了充分發(fa)🈲揮它❗們的(de)優點，盡量(liàng)避免它們(men)的缺點，70年(nian)代以來，人(rén)們開始☁️采(cǎi)用低頻方(fang)波勵磁方(fāng)式．它的勵(lì)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(fāng)波勵磁電(dian)流波形
從(cong)圖3－19可見，在(zài)半個周期(qī)内，磁場是(shì)恒穩的直(zhi)流磁場，它(ta)具有直流(liu)勵磁的特(tè)點，受電磁(ci)幹擾影響(xiǎng)很小．從整(zhěng)個時間過(guò)程看，方波(bo)信㊙️号又是(shì)一個交變(biàn)的信号，所(suǒ)以它能克(ke)服直流勵(li)滋易産生(sheng)的極化現(xiàn)象．因此，低(di)頻方波☂️勵(lì)磁是一☔種(zhong)比較好的(de)勵磁方式(shi)，目前已在(zài) 電磁流量(liang)計 上廣泛(fan)的應用．概(gai)括一下， 電(dian)磁流量計(jì) 具有如下(xia)幾個優點(diǎn)：
① 電磁流量(liàng)計 能避免(miǎn)交流磁場(chǎng)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(yǐn)起的工頻(pín)幹擾；
③ 電磁(cí)流量計 抑(yì)制交流磁(ci)場在管壁(bi)和流體内(nèi)部引起的(de)電渦流；
④ 電(diàn)磁流量計(jì) 排除直流(liu)勵磁的極(ji)化現象．


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