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電磁(cí)流量計的工(gōng)作原理
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電磁(ci)流量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱(chēng)
EMF
）
是20世紀50~60年代(dài)随着電子技(ji)術的發展而(ér)迅速發展起(qi)來的🧑🏾🤝🧑🏼新型流(liú)量測量儀表(biao)。
電磁流量計(jì)
是根據法拉(la)第電磁感應(ying)定律制成的(de)，
電磁流量計(jì)
用來測量導(dao)電液體體積(jī)流量的儀表(biao)。由于其獨特(te)的優點，
電磁(ci)流量計
目前(qián)已廣泛地被(bèi)應用于工業(yè)過程中各種(zhǒng)導電液體的(de)流😄量測量，如(ru)各種酸、堿、鹽(yán)等腐蝕性介(jiè)質；
電磁流量(liang)計
各種漿液(yè)流量測量，形(xing)成了獨特的(de)應用領域。
在(zài)結構上，
電磁(cí)流量計
由電(dian)磁流量傳感(gan)器和轉換器(qì)兩部分組成(chéng)。傳感器安📧裝(zhuāng)在工業過程(cheng)管道上，它的(de)作用是将流(liú)進管道内的(de)液體體積流(liú)量值線性地(di)變換成感生(sheng)電勢信号，并(bing)通❓過傳輸線(xiàn)将此信号送(sòng)到轉換器。轉(zhuan)換器安㊙️裝在(zai)離傳感器不(bú)太遠的地方(fang)，它将傳感器(qì)送來的流量(liang)信号進行放(fàng)大，并轉換成(cheng)流量信号成(chéng)正比的标準(zhun)電信号輸出(chu)，以進行顯示(shi)🌐，累積和調節(jie)控制。
電磁流(liú)量計
的基本(ben)原理
(一)測量(liàng)原理
根據法(fǎ)拉第電磁感(gǎn)應定律，當一(yi)導體在磁場(chang)中運動切割(gē)磁力線時，在(zài)導體的兩端(duān)即産生感生(sheng)電勢e，其方向(xiang)由右手✂️定則(zé)确定，其大小(xiǎo)與磁場的磁(ci)感應強度B，導(dǎo)體在磁場内(nèi)的長度L及㊙️導(dao)體的運動速(sù)度u成正比，如(rú)果B， L，u三者互相(xiàng)⚽垂直，則
e＝Blu (3－35)
與此(cǐ)相仿．在磁感(gan)應強度爲B的(de)均勻磁場中(zhōng)，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)内徑爲D的不(bú)導磁管道，當(dāng)導電液體在(zài)管道中以流(liu)速u流動時，導(dao)電流體就切(qiē)割磁力線．如(ru)果在管道截(jie)面上垂直于(yu)磁場的直徑(jìng)兩端安裝一(yī)對電🐉極(圖3—17)則(ze)可以證明，隻(zhi)🌍要管道内💰流(liú)速分布爲軸(zhóu)對稱分布，兩(liang)電極之間也(ye)特産生✏️感生(sheng)電動勢😘：
e＝BD (3－36)
式中(zhong)，爲管道截面(miàn)上的平均流(liú)速．由此可得(dé)管道的體積(jī)流🧑🏾🤝🧑🏼量爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上(shang)式可見，體積(ji)流量qv與感應(ying)電動勢e和測(ce)量管内徑D成(chéng)線性關系，與(yǔ)磁場的磁感(gǎn)應強度B成反(fan)比，與其它物(wu)理參數無👅關(guan)．這就是
電磁(ci)流量計
的測(cè)量原理．
需要(yao)說明的是，要(yào)使式（3—37）嚴格成(cheng)立，必須使測(ce)量條件滿足(zú)⚽下列假定：
①磁(cí)場是均勻分(fèn)布的恒定磁(ci)場；
②被測流體(tǐ)的流速軸對(dui)稱分布；
③被測(cè)液體是非磁(cí)性的；
④被測液(ye)體的電導率(lǜ)均勻且各向(xiang)同性。
圖3－17電磁(ci)流量計原理(li)簡圖
1－磁極；2－電(diàn)極；3－管道
(二)勵(li)磁方式
勵磁(ci)方式即産生(sheng)磁場的方式(shì)．由前述可知(zhi)，爲使式💯(3—37)嚴格(ge)成立，第一個(ge)必須滿足的(de)條件就是要(yao)有一個均勻(yun)恒定的磁⭐場(chang)．爲此，就需要(yào)選擇一種合(hé)适的勵磁方(fāng)式。目前，一般(bān)有三種勵碰(peng)方式，即🌍直流(liu)勵磁、交流勵(lì)磁和低頻方(fang)波勵磁．現分(fen)别予以介紹(shao)．
1．直流勵磁
直(zhi)流勵磁方式(shi)用直流電産(chan)生磁場或采(cai)用永久磁鐵(tie)，它能産🥰生一(yī)個恒定的均(jun)勻磁場．這種(zhǒng)直流勵磁變(biàn)送器的💯最大(dà)優點是受交(jiāo)流電磁場幹(gan)擾影響很小(xiǎo)，因而🏃🏻可以忽(hū)略液體中的(de)自感現象的(de)影響．但是，使(shi)用直流磁場(chang)易使通過測(ce)量管道的電(diàn)解質液體被(bei)極化，即電解(jiě)質在電場中(zhong)被電解，産✌️生(sheng)正負離子．在(zai)電場力的作(zuo)用下，負離子(zǐ)跑向正極，正(zheng)離子跑向🏃♂️負(fu)極．如圖🐇3—18所示(shi)．這樣，将導緻(zhi)正負電極分(fèn)别被相反極(jí)性的離子所(suo)包圍✨，嚴重影(yǐng)響
電磁流量(liàng)計
的正常工(gōng)作．所以，直流(liu)勵磁一般隻(zhī)用于測量非(fēi)電解質液體(tǐ)🤞，如液态金屬(shǔ)等．
圖3－18直流勵(lì)磁方式
2．交流(liú)勵磁
目前，工(gōng)業上使用的(de)
電磁流量計(ji)
，大都采用工(gong)頻(50Hz)電源交流(liu)勵磁方式，即(ji)它的磁場是(shì)由正弦交變(bian)電流産生的(de)，所以産生的(de)磁場也是一(yi)個交變磁☂️場(chang)．交變磁場變(bian)送器的主要(yao)優點是消除(chú)😄了電極表面(mian)的極化于擾(rǎo)．另外，由于磁(cí)場是交變的(de)，所以輸出信(xin)号也是交變(biàn)信号，放大和(hé)轉換低電平(píng)的交流信号(hào)要比直流信(xin)号容易得多(duō)．
如果交流磁(cí)場的磁感應(yīng)強度爲
B＝Bm sint （3－38）
則電(diàn)極上産生的(de)感生電動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體積(jī)流量爲
qv= D （3－40）
式中(zhōng)Bm――磁場磁感應(yīng)強度的最大(da)值；
――勵磁電流(liu)的角頻率，＝2f；
t――時(shi)間；
f――電源頻率(lü)．
由式(3－40)可知，當(dāng)測量管内徑(jìng)D不變，磁感應(yīng)強度Bm爲一定(dìng)值時☀️，兩😄電極(ji)上輸出的感(gǎn)生電動勢e與(yu)流量qv成正比(bi)．這就是交流(liu)磁場電🌈磁流(liu)🍓量變送器的(de)基本工作原(yuan)⭐理．
值得注意(yì)的是，用交流(liú)磁場會帶來(lái)一系列的電(diàn)磁幹擾問🌏題(ti)⛷️．例如正交幹(gan)擾．同相幹擾(rao)等，這些幹擾(rǎo)信号與有用(yòng)的流量信号(hao)混雜在一起(qi)．因此，如何正(zhèng)确區分流量(liàng)信号與幹擾(rǎo)信号，并如何(hé)有效地抑制(zhi)和排除各種(zhǒng)幹擾信号🍓，就(jiu)成爲交流勵(li)磁
電磁流量(liàng)計
研制的重(zhòng)要課題。
3．低頻(pin)方波勵磁
直(zhi)流勵磁方式(shì)和交流勵滋(zi)方式各有優(you)缺點，爲了充(chōng)分發揮它們(men)的優點，盡量(liang)避免它們的(de)缺點，70年代🌈以(yǐ)來，人們開始(shǐ)采用低頻方(fang)波勵磁方式(shì)．它的勵磁電(dian)流波形如圖(tú)☀️3—19所示，其頻率(lü)通常爲工🔆頻(pín)的1／4－l／10．
圖3－19方波勵(li)磁電流波形(xing)
從圖3－19可見，在(zài)半個周期内(nei)，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場(chang)，它具有直‼️流(liú)勵磁的特點(dian)，受電磁幹擾(rǎo)影響很小．從(cong)整個時間過(guo)程看，方波信(xin)号又是一個(ge)交變的信号(hao)✉️，所以它🈲能克(ke)服直流勵滋(zi)易産生的極(ji)💰化現象．因此(ci)，低頻方波勵(lì)磁是一種比(bǐ)較好🔞的勵磁(ci)方式，目前已(yi)在
電磁流量(liàng)計
上廣泛的(de)應用．概括一(yī)下，
電磁流量(liàng)計
具有如下(xia)幾個優點：
①
電(dian)磁流量計
能(neng)避免交流磁(cí)場的正交電(diàn)磁幹擾；
②
電磁(ci)流量計
消除(chú)由分布電容(rong)引起的工頻(pín)幹擾；
③
電磁流(liu)量計
抑制交(jiao)流磁場在管(guan)壁和流體内(nèi)部引起的電(dian)渦流；
④
電磁流(liu)量計
排除直(zhí)流勵磁的極(jí)化現象．
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