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電磁流量計(jì)的工作原理(lǐ)
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電磁流量計(jì)
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是20世紀(ji)50~60年代随着電(dian)子技術的發(fā)展而迅速發(fa)展起來的新(xīn)型流量測量(liang)儀表。
電磁流(liú)量計
是根據(jù)法拉第電磁(cí)感應定律制(zhì)成的，
電磁流(liu)量計
用來測(ce)量導電液體(ti)體積流量的(de)儀表。由于其(qi)獨特的優😍點(dian)，
電磁流量計(jì)
目前已廣泛(fàn)地被應用于(yú)工業過程中(zhong)各種導電液(ye)體的流量測(ce)量，如各種酸(suān)、堿、鹽等腐蝕(shí)性介質；
電磁(cí)流量計
各種(zhong)漿液流量測(ce)量，形成了獨(du)特的應用領(lǐng)域。
在結構上(shàng)，
電磁流量計(ji)
由電磁流量(liang)傳感器和轉(zhuan)換器兩部分(fèn)組成。傳感器(qi)🥵安裝在工業(yè)‼️過程管道上(shang)，它的作用是(shi)将流進管道(dào)内的液體體(ti)積流量值線(xiàn)性地變換成(cheng)感生電勢信(xìn)号，并通過傳(chuán)輸線将此信(xìn)号送到轉換(huàn)器。轉換器安(an)裝在離傳感(gan)器不太遠的(de)地方，它将傳(chuán)感👄器送來的(de)⭕流量信号進(jìn)行放大，并轉(zhuǎn)💘換成流量信(xin)💃号成正比的(de)✉️标準電信号(hao)輸出，以進行(háng)顯示，累積和(hé)調節控🔴制。
電(dian)磁流量計
的(de)基本原理
(一(yi))測量原理
根(gēn)據法拉第電(dian)磁感應定律(lǜ)，當一導體在(zài)磁場中運動(dòng)🙇🏻切割磁力💚線(xiàn)時，在導體的(de)兩端即産生(sheng)感生電勢🐪e，其(qí)方向由右手(shou)定則确定，其(qí)大小與磁場(chǎng)的磁感應強(qiang)度B，導體在磁(ci)場内的長度(dù)L及導體的運(yùn)動速度u成正(zheng)比，如果B， L，u三者(zhe)互相垂直，則(zé)
e＝Blu (3－35)
與此相仿．在(zai)磁感應強度(dù)爲B的均勻磁(cí)場中，垂直于(yu)㊙️磁場方向放(fang)一個内徑爲(wèi)D的不導磁管(guǎn)道，當導電液(ye)☂️體在👉管道中(zhōng)以流速u流動(dong)時，導電流體(ti)就切割磁力(lì)線．如果在管(guan)道截面上垂(chui)直于磁場的(de)直徑兩端安(ān)裝一對電極(ji)(圖3—17)則可以證(zheng)明，隻要管道(dào)内流速分布(bù)爲軸對稱分(fen)布，兩電極之(zhi)間也特産生(sheng)感生電動勢(shi)：
e＝BD (3－36)
式中，爲管道(dao)截面上的平(píng)均流速．由此(ci)可得管道的(de)體積流量爲(wei)💞：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可見(jian)，體積流量qv與(yu)感應電動勢(shì)e和測量管内(nèi)徑🐉D成線性關(guan)系，與磁場的(de)磁感應強度(dù)B成反比，與其(qí)它物理參數(shu)無⛷️關．這就是(shì)
電磁流量計(jì)
的測量原理(li)．
需要說明的(de)是，要使式（3—37）嚴(yán)格成立，必須(xū)使測量條件(jian)滿足下列🌍假(jia)✍️定：
①磁場是均(jun)勻分布的恒(héng)定磁場；
②被測(ce)流體的流速(sù)軸對稱分布(bù)；
③被測液體是(shì)非磁性的；
④被(bèi)測液體的電(dian)導率均勻且(qiě)各向同性。
圖(tú)3－17電磁流量計(ji)原理簡圖
1－磁(ci)極；2－電極；3－管道(dao)
(二)勵磁方式(shì)
勵磁方式即(ji)産生磁場的(de)方式．由前述(shu)可知，爲使式(shì)(3—37)嚴格成🤩立☎️，第(di)一個必須滿(man)足的條件就(jiù)是要有一個(gè)均勻恒定的(de)磁場．爲此，就(jiù)需要選擇一(yī)種合适的勵(lì)🥰磁方式💃。目前(qián)，一般有三🈲種(zhong)勵碰方式，即(jí)直流勵磁、交(jiao)流勵磁和低(di)頻方波♋勵磁(ci)．現分别予以(yi)介紹．
1．直流勵(lì)磁
直流勵磁(cí)方式用直流(liu)電産生磁場(chǎng)或采用永久(jiu)磁鐵，它🛀🏻能㊙️産(chan)🌈生☔一個恒定(ding)的均勻磁場(chǎng)．這種直流勵(lì)磁變送器的(de)😄大優點是⭐受(shou)交流電磁場(chang)幹擾影響很(hěn)小，因而可以(yǐ)忽略🌈液體中(zhong)的自感現象(xiàng)的影響．但是(shi)，使用直流磁(cí)場易使通過(guò)測量管道的(de)電解質液體(ti)被🚶極化，即電(diàn)解質在電場(chang)中被電解，産(chan)生㊙️正負離子(zi)．在電場力的(de)作用下，負離(li)子跑向✔️正極(ji)，正離子跑向(xiàng)負極．如圖3—18所(suo)示．這樣，将導(dao)緻正負電極(ji)分别被相反(fan)極性的離子(zǐ)所包圍，嚴重(zhong)影響
電磁流(liú)量計
的正常(cháng)工作．所以，直(zhí)流勵磁一般(bān)隻用于測量(liang)非電解質液(ye)體，如液态金(jīn)屬等．
圖3－18直流(liu)勵磁方式
2．交(jiāo)流勵磁
目前(qian)，工業上使用(yong)的
電磁流量(liàng)計
，大都采用(yong)工頻(50Hz)電源交(jiāo)流勵磁方式(shì)，即它的磁場(chang)是由正弦交(jiao)變電流産生(sheng)的，所以産生(sheng)的磁場也是(shi)一📞個交變磁(ci)場．交變磁場(chang)變🐪送器的主(zhǔ)要優點是消(xiāo)除了電極表(biao)面的🏃♀️極化于(yú)⛷️擾．另外，由于(yu)磁場是交變(biàn)的🔅，所以輸出(chū)信号也是交(jiao)變信号💃，放大(dà)和轉換低電(dian)平的交流信(xin)号要比直流(liú)信号容易得(dé)多．
如果交流(liú)磁場的磁感(gan)應強度爲
B＝Bm sint （3－38）
則(zé)電極上産生(sheng)的感生電動(dong)勢爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體(tǐ)積流量爲
qv= D （3－40）
式(shì)中Bm――磁場磁感(gan)應強度的大(da)值；
――勵磁電流(liú)的角頻率，＝2f；
t――時(shi)間；
f――電源頻率(lǜ)．
由式(3－40)可知，當(dāng)測量管内徑(jìng)D不變，磁感應(ying)強度Bm爲一定(ding)值時，兩電極(jí)✂️上輸出的感(gan)生電動勢e與(yǔ)流量qv成正比(bǐ)．這就是交流(liú)磁場電磁流(liú)量變送器的(de)基本工作原(yuán)理．
值得注意(yì)的是，用交流(liú)磁場會帶來(lái)一系列的電(dian)磁幹擾問題(ti)．例如正交幹(gan)擾．同相幹擾(rǎo)等，這些幹擾(rao)信号與有用(yong)的流量信号(hao)混雜在一起(qi)．因此，如何正(zheng)确✌️區分流量(liàng)信号與幹擾(rao)💋信号，并如何(hé)有效地抑制(zhì)和排除各種(zhong)幹擾信号👅，就(jiu)成爲交流勵(li)磁
電磁流量(liang)計
研制的重(zhong)要課題。
3．低頻(pín)方波勵磁
直(zhí)流勵磁方式(shì)和交流勵滋(zi)方式各有優(yōu)缺點，爲了充(chong)分發🔅揮它們(men)的優點，盡量(liang)避免它們的(de)缺點，70年代以(yi)來❤️，人們開始(shi)🌏采用🈲低頻方(fang)波勵磁方式(shi)．它的勵磁電(diàn)流波形如圖(tú)👌3—19所示，其❄️頻率(lǜ)通常爲工頻(pín)的1／4－l／10．
圖3－19方波勵(li)磁電流波形(xíng)
從圖3－19可見，在(zài)半個周期内(nei)，磁場是恒穩(wen)的直流磁場(chang)，它具有直流(liú)勵磁的特點(diǎn)，受電磁幹擾(rao)影響很小．從(cóng)整個時間🔞過(guò)程看，方波信(xìn)号又是一個(ge)交變的信号(hào)㊙️，所以它能克(kè)服🔞直流勵滋(zi)易産生的極(jí)化現象．因此(cǐ)，低頻方波勵(li)磁是一💘種比(bi)較好的勵磁(ci)方式，目前已(yǐ)在
電磁流量(liang)計
上廣泛的(de)應用．概括一(yi)下，
電磁流量(liàng)計
具有如下(xia)幾個優點：
①
電(dian)磁流量計
能(néng)避免交流磁(ci)場的正交電(diàn)磁幹擾；
②
電磁(cí)流量計
消除(chú)由分布電容(rong)引起的工頻(pin)幹擾；
③
電磁流(liu)量計
抑制交(jiāo)流磁場在管(guǎn)壁和流體内(nèi)部引起的電(dian)渦流；
④
電磁流(liú)量計
排除直(zhi)流勵磁的極(ji)化現象．
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