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電磁(cí)流量計(ji)的工作(zuò)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(sui)着電子(zi)技術的(de)發展而(er)迅速發(fa)展起來(lai)的新型(xíng)流量測(ce)量儀表(biǎo)。
電磁流(liú)量計
是(shi)根據法(fa)拉第電(dian)磁感應(yīng)定律制(zhi)成的，
電(diàn)磁流量(liàng)計
用來(lái)測量導(dǎo)電液體(tǐ)體積流(liú)量的儀(yi)表。由于(yú)其獨特(te)的優點(dian)，
電磁流(liú)量計
目(mu)前已廣(guǎng)泛地被(bèi)應用于(yú)工業過(guò)程中各(ge)種導電(diàn)液體的(de)流量測(ce)👈量，如各(gè)種酸、堿(jiǎn)、鹽等腐(fu)蝕性介(jiè)質；
電磁(cí)流量計(ji)
各種漿(jiang)液流量(liang)測量，形(xing)成了獨(du)特的應(yīng)用領域(yu)。
在結構(gou)上，
電磁(cí)流量計(jì)
由電磁(cí)流量傳(chuán)感器和(he)轉換器(qì)兩部分(fen)組成。傳(chuan)感器安(an)裝⭐在💁工(gong)業過程(chéng)管道上(shàng)，它的作(zuò)用是将(jiāng)流進管(guan)道内的(de)液體體(ti)積流量(liàng)值線性(xìng)地變換(huan)成感生(sheng)電勢信(xìn)号，并通(tong)過傳輸(shū)線将此(ci)信号送(sòng)到轉換(huan)器。轉換(huan)器安裝(zhuang)在離傳(chuan)感器不(bu)太遠的(de)地方，它(ta)将傳感(gǎn)🚶♀️器送來(lái)的流量(liang)信号進(jin)行放大(dà)，并轉換(huàn)成流量(liàng)信号成(cheng)正比的(de)🔞标準電(diàn)信号🔞輸(shu)🔱出，以進(jìn)行顯示(shì)，累積和(hé)調節控(kong)制。
電磁(cí)流量計(jì)
的基本(běn)原理
(一(yī))測量原(yuan)理
根據(ju)法拉第(dì)電磁感(gan)應定律(lǜ)，當一導(dao)體在磁(ci)場中運(yun)動👌切☂️割(gē)磁力線(xiàn)時，在導(dǎo)體的兩(liǎng)端即産(chǎn)生感生(shēng)電勢e，其(qi)方向由(you)右手定(dìng)則㊙️确定(ding)，其大小(xiao)與磁場(chang)的磁感(gǎn)應強度(du)B，導體在(zài)磁場内(nei)的長度(dù)L及導體(ti)的運動(dong)速度u成(chéng)正比，如(rú)果⁉️B， L，u三者(zhě)互相垂(chui)直，則
e＝Blu (3－35)
與(yu)此相仿(páng)．在磁感(gǎn)應強度(dù)爲B的均(jun)勻磁場(chang)中，垂直(zhí)于磁場(chang)方向放(fang)一個内(nèi)徑爲D的(de)不導磁(cí)管道，當(dang)導電液(ye)體在管(guǎn)道中以(yǐ)流速u流(liú)動時，導(dǎo)電流體(tǐ)就切割(gē)磁力線(xian)．如果♍在(zai)管道截(jié)面上垂(chui)直于磁(cí)場的直(zhi)徑兩端(duan)安裝一(yi)對電極(jí)(圖3—17)則可(ke)以證明(míng)，隻要管(guan)道内流(liu)速分布(bu)爲軸對(duì)稱分布(bù)，兩電極(jí)之間也(ye)特産生(shēng)感生電(dian)動勢：
e＝BD (3－36)
式(shì)中，爲管(guan)道截面(mian)上的平(ping)均流速(su)．由此可(kě)得管道(dào)的體積(ji)流量爲(wei)：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式(shi)可見，體(ti)積流量(liàng)qv與感應(yīng)電動勢(shi)e和測量(liàng)管内徑(jìng)D成線性(xing)關系，與(yǔ)磁場的(de)磁感應(ying)強度B成(chéng)反比，與(yǔ)其它物(wù)理參數(shù)無關．這(zhè)就是
電(dian)磁流量(liàng)計
的測(cè)量原理(li)．
需要說(shuō)明的是(shi)，要使式(shi)（3—37）嚴格成(chéng)立，必須(xū)使測量(liang)條件滿(man)足下列(lie)假♻️定：
①磁(cí)場是均(jun)勻分布(bu)的恒定(ding)磁場；
②被(bei)測流體(tǐ)的流速(sù)軸對稱(chēng)分布；
③被(bèi)測液體(tǐ)是非磁(cí)性的；
④被(bei)測液體(ti)的電導(dao)率均勻(yun)且各向(xiang)同性。
圖(tu)3－17電磁流(liú)量計原(yuan)理簡圖(tu)
1－磁極；2－電(diàn)極；3－管道(dào)
(二)勵磁(cí)方式
勵(lì)磁方式(shì)即産生(shēng)磁場的(de)方式．由(yóu)前述可(ke)知，爲使(shǐ)式(3—37)嚴格(gé)♈成立，第(dì)一個必(bi)須滿足(zu)的條件(jian)就是要(yao)有一個(ge)均勻恒(héng)定❓的磁(ci)場．爲此(cǐ)，就💜需要(yào)選擇一(yī)種合适(shi)的勵磁(ci)方式♊。目(mù)前，一般(bān)有三種(zhong)勵碰方(fang)式，即直(zhí)流勵磁(ci)、交流勵(lì)磁和低(di)頻方波(bō)勵磁．現(xiàn)分别予(yǔ)以介紹(shào)．
1．直流勵(lì)磁
直流(liú)勵磁方(fāng)式用直(zhí)流電産(chǎn)生磁場(chǎng)或采用(yòng)永久磁(cí)☂️鐵㊙️，它能(néng)🤞産生一(yī)個恒定(dìng)的均勻(yún)磁場．這(zhe)種直流(liú)勵磁變(biàn)送器的(de)🤟最大♉優(you)點🥵是受(shou)交流電(dian)磁場幹(gan)擾影響(xiǎng)很🔴小，因(yīn)而可以(yǐ)忽略液(yè)體中的(de)自感現(xiàn)象的影(yǐng)響．但是(shi)，使用直(zhí)流🐅磁場(chǎng)易使通(tong)過測量(liang)🏃♂️管道的(de)電🔴解質(zhì)液體♍被(bei)極化，即(jí)電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電(diàn)解，産生(shēng)正負離(li)子．在電(dian)場力的(de)作用下(xià)，負離子(zi)跑向正(zheng)極，正離(li)子跑向(xiang)🌐負極．如(rú)圖3—18所示(shì)．這樣，将(jiang)導緻正(zheng)負電極(ji)分别被(bei)相反極(ji)🔴性的離(li)子所包(bāo)圍，嚴重(zhong)影響
電(diàn)磁流量(liang)計
的正(zheng)常工作(zuo)．所以，直(zhi)流勵磁(cí)一般隻(zhi)用于測(cè)量非電(diàn)解質液(yè)體，如液(yè)态金屬(shu)等．
圖3－18直(zhi)流勵磁(cí)方式
2．交(jiao)流勵磁(ci)
目前，工(gong)業上使(shǐ)用的
電(dian)磁流量(liang)計
，大都(dou)采用工(gōng)頻(50Hz)電源(yuan)交流勵(lì)磁方式(shi)，即它的(de)磁場是(shì)由🐕正弦(xián)🌈交變電(dian)流産生(shēng)的，所以(yǐ)産生的(de)磁場也(ye)是一個(gè)交變磁(ci)場．交💁變(biàn)磁💰場變(biàn)送器的(de)主要優(yōu)點是消(xiao)除了電(dian)極表面(mian)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(hao)也是交(jiao)變信号(hao)，放大和(hé)轉換低(dī)電平的(de)交流信(xin)号要比(bi)直流信(xin)号容易(yi)得多．
如(ru)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(shēng)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(chǎng)磁感應(ying)強度的(de)最大值(zhi)；
――勵磁電(dian)流的角(jiao)頻率，＝2f；
t――時(shí)間；
f――電源(yuan)頻率．
由(yóu)式(3－40)可知(zhi)，當測量(liàng)管内徑(jìng)D不變，磁(ci)感應強(qiáng)度Bm爲一(yī)定值時(shí)，兩電極(jí)上輸出(chū)的感生(sheng)電動勢(shi)e與流量(liàng)qv成正比(bi)．這就是(shi)交流磁(cí)場電🌈磁(cí)流量變(bian)送器的(de)基本工(gong)作原理(lǐ)．
值得注(zhù)意的是(shì)，用交流(liu)磁場會(hui)帶來一(yi)系列的(de)電磁幹(gàn)擾問🌈題(tí)．例🏃♀️如正(zhèng)交幹擾(rǎo)．同相幹(gan)擾等，這(zhe)些幹擾(rǎo)信号與(yu)有用的(de)流量信(xin)号混雜(zá)在一起(qi)．因此，如(ru)何正确(què)區分流(liú)量信号(hào)與幹擾(rǎo)信号，并(bìng)如何有(you)效地抑(yì)制和排(pái)除各種(zhǒng)幹擾信(xin)号，就成(chéng)爲交流(liú)勵磁
電(diàn)磁流量(liang)計
研制(zhì)的重要(yào)課題。
3．低(di)頻方波(bō)勵磁
直(zhi)流勵磁(ci)方式和(hé)交流勵(li)滋方式(shì)各有優(yōu)缺點，爲(wèi)了充分(fen)發揮它(tā)們的優(yōu)點，盡量(liang)避免它(tā)們的缺(que)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(diàn)流波形(xing)如圖✉️3—19所(suǒ)示，其頻(pin)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(tú)3－19可見，在(zài)半個周(zhōu)期内，磁(ci)場是恒(héng)穩的直(zhí)流磁場(chǎng)，它具有(you)直♉流勵(lì)磁的特(te)點，受電(dian)磁幹擾(rao)影響很(hěn)小．從整(zheng)個時間(jian)過程看(kàn)，方波信(xìn)号又是(shì)一個交(jiao)變的信(xìn)号，所以(yi)它能克(kè)服直流(liu)勵滋易(yì)産生的(de)極化現(xiàn)象．因此(ci)，低頻方(fāng)波㊙️勵磁(cí)是一種(zhong)比較好(hao)的勵磁(cí)方式，目(mù)前已在(zai)
電磁流(liu)量計
上(shàng)廣泛的(de)應用．概(gài)括一下(xià)，
電磁流(liú)量計
具(jù)有如下(xia)幾個優(yōu)點：
①
電磁(ci)流量計(jì)
能避免(mian)交流磁(ci)場的正(zheng)交電磁(cí)幹擾；
②
電(diàn)磁流量(liàng)計
消除(chú)由分布(bu)電容引(yǐn)起的工(gōng)頻幹擾(rǎo)；
③
電磁流(liú)量計
抑(yi)制交流(liú)磁場在(zai)管壁和(he)流體内(nèi)部引起(qǐ)的電渦(wō)流；
④
電磁(ci)流量計(jì)
排除直(zhí)流勵磁(ci)的極化(hua)現象．
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