摘要： 防爆電磁流(liú)量計 廣泛應用于(yú)艦船、化工、石油、水(shuǐ)泥、醫藥等領域，其(qí)具有結構簡單、測(cè)量範圍大、精度優(you)點，然而其使用場(chang)所環境惡劣，爲了(le)保證其性能以及(ji)降低能耗,介紹🤩了(le)電磁流量計設計(ji)基🌈本原理、防爆電(dian)路設艦船外殼鹽(yán)及防🥵護方法，并磁(cí)線圈仿真，該仿真(zhen)❤️可以作爲勵磁系(xì)的模型！電磁流量(liang)🏃計設計效率。
0引言(yán)
　　流量計是測量流(liú)體在一段時間過(guò)的體積或者質量(liàng)的儀器，對于生産(chǎn)過程非常關鍵。随(suí)着技術快速發展(zhan)，流量計類越來越(yuè)多，比如電磁流量(liang)計、 超聲波量計 、熱(re)式流量計以及震(zhen)動流量計等，電磁(ci)流量計以其🍉簡單(dan)的結構、可靠性高(gao)、精度高等優點，在(zai)生産和生活用比(bǐ)例🔱占60%以♻️上。然而，由(yóu)于在艦船中其經(jing)常處于潮濕、腐🥰蝕(shi)的使用環境，爲此(ci)電磁流量計的防(fáng)爆性能設計降📧低(di)流量計電池耗能(néng)成爲熱點。
1電磁流(liu)量計設計基本原(yuan)理
　　電磁流量計是(shi)通過利用法拉第(di)電磁感應定律設(shè)計，圖1爲電磁流量(liàng)計結構示意圖，管(guǎn)内爲導電性，勵磁(ci)線圈爲閉合👅回路(lù)，依據麥克斯韋電(diàn)磁場理論，産🏃‍♂️生工(gong)作磁場。
對于直導(dǎo)體，在磁場中産生(shēng)的感應電動勢E

式(shì)中，B--磁感應強度;D一(yi)導體長度;.V一運動(dòng)速度。
　　圖2爲流體流(liú)動方向、磁場方向(xiang)和感應電動勢方(fāng)向，符合右⚽手規律(lü)，感電動勢大小見(jiàn)式（1)，對于管道内流(liú)體流量Q大小見式(shì)(2)

将式(2)中V求出，帶入(ru)式(1)可得

由式(3)可知(zhi)，管道尺寸确定，感(gan)應電動勢E與流量(liang)Q成正比。


2防爆電路設(she)計
　　依據釋放源存(cún)在部位、釋放數量(liàng)、擴散情況和通風(feng)情況等㊙️條件，爆炸(zhà)場所可分爲0區、1區(qu)和2區，對于礦用産(chǎn)品，可以✔️用于0區、1區(qu)和2區，對于礦用産(chǎn)品，可以用于🤞0區的(de)産品防爆類型隻(zhī)有本質安全性🈲，對(duì)于用于0區的防爆(bào)電磁流量計 ，防爆(bao)性能至關重要。
　　本(ben)質安全型電氣設(she)備是指在正常運(yun)行和規定的故障(zhang)條件下🐉，所産生的(de)火花或者熱效應(yīng)均不能點燃爆炸(zhà)性氣體🧑🏾‍🤝‍🧑🏼合物的電(dian)氣設備[2]，本安電路(lu)設計時要從兩方(fāng)面考慮，一是對本(běn)案🈲和非本案部件(jiàn)進行隔離；二是能(neng)量限制。
　　GB3836.4—2010求的隔離(lí)包括爬電距離、電(dian)氣間隙和接地等(děng)要求👉，比在GB3836.4—2010表🔞5中，依(yi)❓據電壓值來設計(jì)電氣間隙、爬電距(ju)離💰以及合适的CTI值(zhí)絕緣材料。能量限(xian)制主要涉及到元(yuán)件額定值選擇，依(yī)據GB3836.4—2010，電分爲電阻性(xing)電路、電感性電路(lu)和電容🐪性電路，圖(tu)3所示。電磁流量計(ji)感器電氣部分由(yóu)連個線圈組成，包(bao)括電阻和電感，依(yi)據GB3836.4—2010圖A1中，根🎯據電磁(ci)流量計防爆類型(xing)和電源電壓，确定(dìng)最小點燃電流，比(bi)如設計工作電👣壓(ya)爲18V的IIC類本安電路(lù)，點燃電流爲0.66A，此外(wai)，要是電路慮安全(quan)系數，若是安全系(xì)數爲1.5,則最大電流(liú)應小于0.44A。根據GB3836.4—2010圖A6,依(yi)據電壓和電流，選(xuǎn)擇合适電感值，對(duì)于18V、0.44A的電感電路，電(diàn)感設計應在0.8mH以下(xia)。

　　爲(wei)了無論電路在正(zhèng)常工作狀态還是(shi)故障狀态，使安㊙️端(duān)有定壓和定流輸(shu)出特性，如圖4所示(shi)。選擇合适👈二極管(guǎn)安全栅🤞或者💞齊納(nà)安全栅，若勵磁信(xìn)号是周期性雙向(xiàng)電流，可以選擇TVS管(guan)。

3勵磁線(xian)圈仿真
　　利用COMSOL仿真(zhen)軟件，對彎圓形、彎(wān)菱形和馬鞍形線(xiàn)圈進行仿💁真🌈，采用(yong)相同線圈材料材(cái)質和相同用料量(liàng)，并🛀🏻在相同勵磁電(diàn)⛱️流、勵磁頻率條件(jian)下，比較勵磁線圈(quān)👌産生的工作磁場(chǎng)強度分布情🤟況。
首(shou)先建立仿真幾何(he)模型，如圖5所示，爲(wèi)彎圓形勵磁線圈(quan)模型，進行電特性(xing)、磁特性和邊界條(tiáo)件設置，進行網格(gé)分🏒析劃分等💃🏻步驟(zhou)，最後仿真可的磁(cí)場分布情況，圖6爲(wèi)磁力線分布，圖7爲(wei)磁感應強度分布(bù)。對于彎菱形和馬(ma)鞍型線圈采用相(xiang)同步驟進行仿真(zhēn)模拟，如圖8所示，爲(wèi)馬鞍型勵磁線圈(quan)。


　　通過模拟(nǐ)結果可以直觀得(dé)出相應空間點和(hé)面的磁場大小、磁(ci)場對稱情況，爲了(le)更好比較不同幾(jǐ)何形态的磁場沿(yan)管中軸線方向。管(guǎn)軸線方向和整個(ge)區域内的均勻度(du)情況，設定ε1、ε2、ε33個均勻(yun)度參數，表達式如(ru)下

　　仿真結果表明(míng)，三種形狀勵磁線(xian)圈磁感應強度大(da)小關系爲：馬鞍形(xing)最小、彎圓形最大(da)。均勻度分析表明(ming)，ε1：馬🌈鞍形最小，彎菱(ling)形最😄大；ε2：馬鞍形最(zuì)小，彎菱形最大；ε3：馬(mǎ)鞍形最小🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，彎菱形(xing)最大。因此，磁感應(ying)強度越大，電極收(shōu)到的信号越大，所(suo)以彎圓形效果🈲最(zui)好；由于🤩磁場均勻(yún)度越小，表明越📧均(jun1)勻，渦電流損耗和(he)磁場邊緣效應越(yue)小💁，爲此，馬鞍型勵(lì)磁線圈效果最🌈好(hao)。
4艦船外殼鹽霧試(shì)驗及防護
　　艦船用(yong)電磁流量計 外殼(ke)材質一般爲鑄鐵(tiě)、鑄鋼和不鏽鋼，海(hai)洋中鹽霧✂️濃度高(gāo)、海水飛沬多造成(chéng)設備腐蝕嚴重，鹽(yán)霧直接影響到設(she)備的使用💃🏻周期和(he)可靠性，因此，流量(liang)計外殼應進📞行鹽(yan)霧實驗，實驗方法(fa)主要有戶外暴露(lu)實驗和實驗室鹽(yán)霧箱📐模拟兩種，使(shi)用使用标準有GB/T2423.17—2008《電(dian)工電子産品基本(ben)環境試💔驗規程試(shì)驗Ka：鹽霧試驗方法(fǎ)》和GB/T2423.18*2000《電工電子産品(pǐn)環境試驗第2部分(fen)：試驗試驗Kb：鹽霧，交(jiao)變（氯化鈉溶液）》。
5結(jie)語
　　電磁流量計由(yóu)于其使用環境特(tè)殊，因此其防爆性(xing)能🌏和💚勵磁系🌂統研(yán)究至關重要，對于(yu)電磁流量計基本(ben)原理和防爆💋電路(lu)💞設計進行詳細闡(chan)述，并對不同形狀(zhuàng)線圈感應磁場模(mó)💰拟。

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