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電磁流量計(ji)的工作原理(lǐ)

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(xin)型流量測量(liàng)儀表。 電磁流(liu)量計 是根據(jù)法拉第電磁(cí)感應定律制(zhi)成的， 電磁流(liú)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(diǎn)， 電磁流量計(ji) 目前已廣泛(fan)地被應用于(yu)工業過程中(zhōng)各種導電液(ye)體的流量測(ce)量，如各種酸(suan)、堿、鹽等腐蝕(shi)性介質； 電磁(cí)流量計 各種(zhǒng)漿液流量測(ce)量，形成了獨(du)特的應用領(ling)域。
在結構上(shàng)， 電磁流量計(jì) 由電磁流量(liang)傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分(fen)組成。傳感器(qì)安裝在工❗業(ye)過程管道上(shang)，它的作用是(shi)将流進管道(dào)😄内的♌液體體(tǐ)積流量值線(xian)👣性地變換成(cheng)感生電勢信(xin)号，并通過傳(chuán)輸線将此信(xin)号送到轉換(huàn)🔴器。轉換器安(an)裝在離傳感(gǎn)器不太遠的(de)地方，它将傳(chuan)感器送來的(de)🤩流量信号進(jìn)👣行放大，并轉(zhuǎn)換成流量信(xìn)号成正比的(de)标準電信号(hao)輸出，以進行(hang)顯示，累積和(he)調節控制。
的(de)基本原理
(一(yī))測量原理
根(gēn)據法拉第電(dian)磁感應定律(lǜ)，當一導體在(zai)磁場中運動(dong)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(qi)大小與磁場(chǎng)的磁感應強(qiang)度B，導體在磁(ci)場内的長度(du)L及導體的運(yun)動速度u成正(zheng)比，如果B， L，u三者(zhe)互相垂直，則(ze)
e＝Blu       (3－35)
與此相仿．在(zài)磁感應強度(dù)爲B的均勻磁(cí)場中，垂直于(yú)磁場方向放(fang)✂️一個内徑爲(wei)D的不導磁管(guǎn)道，當導電液(ye)體在管道中(zhong)以流速u流動(dòng)時，導電流體(tǐ)就切割磁力(lì)線．如果在管(guǎn)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(zhèng)明，隻要管道(dao)内流速分布(bu)♉爲軸對稱分(fèn)布，兩電極之(zhī)間也特産生(shēng)感生電動勢(shi)：
e＝BD        (3－36)
式中，爲管道(dao)截面上的平(ping)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(jiàn)，體積流量qv與(yǔ)感應電動勢(shi)e和測量管内(nei)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(qi)它物理參數(shu)無👉關．這就是(shi) 電磁流量計(jì) 的測量原理(lǐ)．
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(jiǎ)定：
①磁場是均(jun1)勻分布的恒(heng)定磁場；
②被測(ce)流體的流速(sù)軸對稱分布(bu)；
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(tu)3－17電磁流量計(jì)原理簡圖
1－磁(cí)極；2－電極；3－管道(dao)
(二)勵磁方式(shi)
勵磁方式即(ji)産生磁場的(de)方式．由前述(shù)可知，爲使式(shì)(3—37)嚴格成立，第(dì)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(jiu)需要選擇一(yi)種合适的勵(li)磁方式。目前(qian)，一般有三🔞種(zhǒng)勵碰方式，即(jí)直流勵磁、交(jiāo)✨流勵磁和✍️低(dī)頻方波㊙️勵磁(cí)．現分🏃🏻‍♂️别予以(yi)介🍉紹．
1．直流勵(li)磁
直流勵磁(cí)方式用直流(liú)電産生磁場(chang)或采用永久(jiǔ)磁🧑🏽‍🤝‍🧑🏻鐵，它能産(chǎn)生一個恒定(dìng)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(hen)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(tǐ)被極化，即電(diàn)解質在電場(chang)中🚶‍♀️被電解，産(chǎn)生正負離子(zi)．在電場力的(de)作✍️用下，負離(lí)子跑向正極(ji)，正離子跑向(xiàng)負極．如圖3—18所(suǒ)示．這樣，将導(dǎo)緻☎️正負電極(jí)分别被相反(fǎn)極性🔅的離子(zi)所包圍，嚴重(zhong)影響 電磁流(liú)量計 的正常(chang)工作．所以，直(zhi)流勵磁一般(ban)隻用于測量(liang)非電解質☔液(yè)體，如液态金(jīn)屬等．
圖3－18直流(liú)勵磁方式
2．交(jiao)流勵磁
目前(qian)，工業上使用(yòng)的 電磁流量(liang)計 ，大都采用(yòng)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(shēng)的，所以産生(shēng)的磁場也是(shì)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(yú)磁⭐場是交變(biàn)的🔞，所以輸出(chu)信号也是交(jiāo)變信号，放大(da)和轉換低電(diàn)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(ze)電極上産生(shēng)的感生電動(dòng)勢爲
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體(tǐ)積流量爲
qv= D                  （3－40）
式(shi)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(shí)間；
f――電源頻率(lǜ)．
由式(3－40)可知，當(dang)測量管内徑(jing)D不變，磁感應(yīng)強度Bm爲一定(dìng)值時，兩電極(jí)上輸出的感(gan)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(yi)的是，用交流(liú)磁場會帶來(lai)一系列的電(diàn)磁幹擾問💃🏻題(ti)．例如正交幹(gàn)擾．同相幹擾(rǎo)等，這些幹擾(rǎo)信号與有用(yong)的流量信号(hao)混雜在一起(qǐ)．因此，如何正(zheng)确🤟區分流量(liàng)信号與幹擾(rao)🔞信号，并☔如何(he)有效地抑制(zhì)和🈲排除各種(zhǒng)✊幹擾信号，就(jiù)成爲交流勵(li)磁 電磁流量(liang)計 研制的重(zhòng)要課題。
3．低頻(pin)方波勵磁
直(zhi)流勵磁方式(shi)和交流勵滋(zī)方式各有優(you)缺點，爲了充(chong)分發揮它們(men)的優點，盡量(liàng)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(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(wěn)的直流磁場(chang)，它具有直流(liú)勵磁的特點(diǎn)，受電磁幹擾(rǎo)影響很小．從(cóng)整個時間過(guo)程看，方波信(xin)号又是一個(ge)交變的信号(hào)♌，所以它能克(ke)服👣直流勵滋(zī)易産⛹🏻‍♀️生的極(ji)化現象．因此(ci)✊，低頻方波勵(li)磁是一種比(bǐ)較好的勵磁(cí)方式，目前已(yǐ)在 電磁流量(liàng)計 上廣泛的(de)應用．概括一(yi)下，具有如下(xia)幾個優點：
① 電(dian)磁流量計 能(neng)避免交流磁(ci)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(liú)量計 抑制交(jiāo)流磁場在管(guan)壁和流體内(nei)部引起的電(diàn)渦流；
④ 電磁流(liú)量計 排除直(zhi)流勵磁的極(jí)化現象．


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