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電磁(cí)流量計(jì)的工作(zuo)原理
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電(dian)磁流量(liàng)計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱(cheng)
EMF
）
是20世紀(jì)50~60年代随(suí)着電子(zi)技術的(de)發展而(er)迅速發(fā)展起♉來(lai)的新型(xing)💜流量測(cè)量儀表(biǎo)。
電磁流(liú)量計
是(shì)根據法(fǎ)拉第電(diàn)磁感應(yīng)定律制(zhi)成的，
電(dian)磁流量(liang)計
用來(lái)測量導(dao)電液體(ti)體積流(liu)量的儀(yí)表。由于(yú)其獨特(te)的優點(dian)，
電磁流(liu)量計
目(mu)前已廣(guǎng)泛地被(bèi)應用于(yu)工業過(guo)程中各(gè)種導電(diàn)液體🏃🏻♂️的(de)流量測(cè)量，如各(ge)種酸、堿(jiǎn)、鹽等腐(fu)蝕性介(jiè)質；
電磁(cí)流量計(ji)
各種漿(jiāng)液流量(liàng)測量，形(xing)成了獨(dú)特的應(yīng)用領域(yù)。
在結構(gou)上，
電磁(cí)流量計(jì)
由電磁(cí)流量傳(chuan)感器和(he)轉換器(qi)兩部分(fèn)組成。傳(chuan)感器安(an)裝在工(gong)業☀️過程(cheng)管道上(shang)，它的作(zuo)用是将(jiāng)流進管(guan)道内的(de)液體體(tǐ)積流量(liang)值線🏃🏻性(xìng)地變換(huan)成感生(shēng)電勢信(xin)号，并通(tong)過傳輸(shū)線将此(cǐ)信号送(song)到轉換(huan)器。轉換(huan)器安裝(zhuāng)在離傳(chuan)感器不(bú)太遠的(de)地方，它(ta)将傳感(gǎn)器送來(lái)的流量(liàng)信号進(jin)行放大(dà)，并轉換(huàn)成流量(liang)信号成(chéng)正比的(de)标準電(dian)信号輸(shu)出，以進(jìn)行顯示(shi)，累積和(he)調節控(kong)制。
電磁(ci)流量計(jì)
的基本(ben)原理
(一(yi))測量原(yuan)理
根據(ju)法拉第(di)電磁感(gan)應定律(lǜ)，當一導(dao)體在磁(cí)場中運(yùn)動切割(ge)磁力線(xian)時，在導(dao)體的兩(liang)端即産(chǎn)生感生(sheng)電勢❄️e，其(qi)方向由(you)💋右手🈲定(ding)則🛀确定(ding)，其大小(xiao)與磁場(chang)的磁感(gan)應強度(dù)B，導體在(zai)磁場内(nèi)的長度(du)L及導體(tǐ)的運動(dong)速度u成(chéng)正比，如(ru)果B， L，u三者(zhě)互相👉垂(chui)直，則
e＝Blu (3－35)
與(yu)此相仿(pang)．在磁感(gan)應強度(du)爲B的均(jun)勻磁場(chǎng)中，垂直(zhi)于磁場(chǎng)方向放(fang)一個内(nei)徑爲D的(de)不導磁(ci)管道，當(dang)導電液(yè)🏃🏻♂️體在管(guan)道💃🏻中以(yi)流速u流(liú)動時，導(dǎo)電流體(ti)就切割(ge)磁力線(xian)．如果在(zai)管道截(jié)面上垂(chui)直于磁(cí)場的直(zhí)徑兩端(duān)安♌裝一(yi)對電極(ji)(圖3—17)則可(kě)以證明(míng)，隻要管(guǎn)道内流(liú)速分布(bu)爲軸對(dui)稱分布(bu)，兩電極(jí)之間也(yě)特産生(sheng)感生電(dian)動勢：
e＝BD (3－36)
式(shi)中，爲管(guan)道截面(mian)上的平(píng)均流速(su)．由此可(ke)得管道(dào)的體積(ji)流量爲(wèi)：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式(shi)可見，體(tǐ)積流量(liang)qv與感應(ying)電動勢(shi)e和測量(liàng)管内徑(jing)D成線性(xing)關系，與(yu)磁場的(de)磁感應(yīng)強度B成(chéng)反比，與(yu)其它物(wù)🐪理參數(shu)無🤩關．這(zhe)🐉就是
電(dian)磁流量(liàng)計
的測(cè)量原理(li)．
需要說(shuō)明的是(shì)，要使式(shi)（3—37）嚴格成(cheng)立，必須(xū)使測量(liàng)條件滿(man)足下列(liè)😘假🈲定：
①磁(ci)場是均(jun1)勻分布(bù)的恒定(dìng)磁場；
②被(bei)測流體(ti)的流速(sù)軸對稱(cheng)分布；
③被(bèi)測液體(tǐ)是非磁(ci)性的；
④被(bei)測液體(ti)的電導(dao)率均勻(yún)且各向(xiàng)同性。
圖(tú)3－17電磁流(liu)量計原(yuan)理簡圖(tú)
1－磁極；2－電(diàn)極；3－管道(dao)
(二)勵磁(cí)方式
勵(lì)磁方式(shì)即産生(sheng)磁場的(de)方式．由(yóu)前述可(kě)知，爲使(shǐ)式(3—37)嚴格(ge)🈲成立，第(di)一個必(bì)須滿足(zu)的條件(jiàn)就是要(yao)有一個(ge)均勻恒(heng)定🥰的磁(cí)💃🏻場．爲🔴此(cǐ)，就需要(yào)選擇一(yi)種合适(shi)的勵磁(ci)方式。目(mu)前，一般(bān)有三種(zhǒng)勵碰方(fang)式，即直(zhi)流勵磁(ci)、交流勵(lì)磁和低(dī)頻方波(bō)勵磁．現(xian)分别予(yǔ)以介紹(shao)．
1．直流勵(li)磁
直流(liu)勵磁方(fāng)式用直(zhi)流電産(chan)生磁場(chǎng)或采用(yong)永久磁(cí)🏃🏻♂️鐵，它能(neng)❄️産生一(yī)個恒定(ding)的均勻(yún)磁場．這(zhè)種直流(liu)勵磁變(bian)送器的(de)最大優(yōu)點是受(shou)交流電(diàn)磁場幹(gan)擾影響(xiang)很小，因(yin)而可以(yǐ)忽略液(ye)體中的(de)自感現(xian)象⛷️的影(ying)響．但是(shi)，使用直(zhi)流磁場(chǎng)易使📧通(tōng)過測量(liàng)管道的(de)電解質(zhi)液體被(bèi)極化，即(ji)電解質(zhì)在電場(chang)🥵中被電(dian)解，産生(shēng)正負離(li)子🐇．在電(diàn)場力的(de)作✍️用下(xia)，負離子(zi)跑向正(zhèng)極，正離(li)子跑向(xiàng)負極．如(rú)圖3—18所示(shì)．這樣，将(jiāng)導緻正(zheng)負電💜極(ji)分别被(bei)相反極(jí)性的離(lí)子所包(bao)圍，嚴重(zhong)影響
電(diàn)磁流量(liàng)計
的正(zheng)常工作(zuò)．所以，直(zhí)流勵磁(cí)一般隻(zhī)用于測(ce)量非電(dian)解質🔞液(yè)體🌏，如液(ye)态金屬(shu)等．
圖3－18直(zhí)流勵磁(ci)方式
2．交(jiao)流勵磁(cí)
目前，工(gōng)業上使(shi)用的
電(dian)磁流量(liàng)計
，大都(dou)采用工(gōng)頻(50Hz)電源(yuan)交流勵(lì)磁方式(shì)，即它的(de)磁場是(shi)由正弦(xián)交變電(diàn)流産生(sheng)的，所以(yǐ)産生的(de)磁場也(ye)是一🔞個(ge)交㊙️變磁(cí)場．交變(biàn)磁場變(bian)送器的(de)主要優(yōu)點是消(xiao)除了電(dian)極表面(miàn)的極化(hua)于🐕擾．另(lìng)外，由于(yu)磁場是(shi)交變的(de)，所以輸(shu)出信号(hào)也是交(jiāo)變信号(hao)，放大和(he)轉換低(di)電平的(de)交流信(xin)号要比(bǐ)直流信(xìn)号容易(yi)得多．
如(rú)果交流(liú)磁場的(de)磁感應(ying)強度爲(wei)
B＝Bm sint （3－38）
則電極(jí)上産生(sheng)的感生(sheng)電動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測(cè)體積流(liu)量爲
qv= D （3－40）
式(shì)中Bm――磁場(chang)磁感應(yīng)強度的(de)最大值(zhi)；
――勵磁電(diàn)流的角(jiǎo)頻率，＝2f；
t――時(shi)間；
f――電源(yuán)頻率．
由(you)式(3－40)可知(zhi)，當測量(liang)管内徑(jing)D不變，磁(cí)感應強(qiang)度Bm爲一(yi)定值時(shi)，兩電極(jí)上輸出(chu)的感生(shēng)電動勢(shi)e與流量(liang)qv成正比(bi)．這就是(shi)交流磁(cí)場電磁(cí)流量變(biàn)送器的(de)基本工(gōng)作原理(li)．
值得注(zhù)意的是(shì)，用交流(liu)磁場會(hui)帶來一(yī)系列的(de)電磁幹(gan)擾問題(tí)．例如正(zheng)交幹擾(rǎo)．同相幹(gàn)擾等，這(zhè)些幹擾(rao)信号與(yu)有用㊙️的(de)流量信(xin)号混雜(za)在一起(qǐ)．因此，如(ru)何正确(que)區分流(liú)🍓量信号(hào)與幹擾(rǎo)信号，并(bing)如何有(you)效地抑(yi)制和排(pái)除各種(zhǒng)幹擾信(xin)号，就成(chéng)爲交流(liu)勵磁
電(diàn)磁流量(liang)計
研制(zhì)的重要(yao)課題。
3．低(di)頻方波(bo)勵磁
直(zhí)流勵磁(cí)方式和(he)交流勵(li)滋方式(shì)各有優(you)缺點，爲(wei)了充分(fèn)🛀🏻發揮㊙️它(tā)們的優(you)點，盡量(liang)避免它(tā)們的缺(quē)點，70年代(dài)以來，人(rén)們開始(shǐ)采用低(dī)頻方波(bō)勵磁方(fāng)式．它的(de)勵磁電(dian)流波形(xing)如圖3—19所(suo)示，其頻(pín)率通常(cháng)爲工頻(pín)的1／4－l／10．
圖3－19方(fang)波勵磁(cí)電流波(bō)形
從圖(tu)3－19可見，在(zai)半個周(zhōu)期内，磁(ci)場是恒(heng)穩的直(zhí)流磁場(chang)，它具有(you)直流💋勵(lì)磁的特(te)點，受電(dian)磁幹擾(rǎo)影響很(hěn)小．從整(zhěng)個時間(jian)過程看(kàn)，方波信(xìn)号又是(shi)一個交(jiao)變的信(xin)号，所以(yǐ)它能克(kè)服直流(liú)勵滋易(yi)産生的(de)極化現(xian)象．因此(cǐ)，低頻方(fāng)波勵磁(ci)是一種(zhǒng)比較好(hǎo)🆚的勵磁(cí)方式，目(mù)前已在(zài)
電磁流(liu)量計
上(shang)廣泛的(de)應用．概(gài)括一下(xia)，
電磁流(liu)量計
具(ju)有如下(xia)幾個優(yōu)點：
①
電磁(cí)流量計(ji)
能避免(mian)交流磁(cí)場的正(zheng)交電磁(ci)幹擾；
②
電(dian)磁流量(liang)計
消除(chú)由分布(bù)電容引(yin)起的工(gōng)頻幹擾(rao)；
③
電磁流(liu)量計
抑(yi)制交流(liú)磁場在(zai)管壁和(hé)流體内(nèi)部引起(qǐ)的電渦(wo)流；
④
電磁(cí)流量計(ji)
排除直(zhí)流勵磁(ci)的極化(hua)現象．
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