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電磁(ci)流量計的工(gōng)作原理

電磁(ci)流量計 Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱(cheng) ）是20世紀50~60年代(dai)随着電子技(jì)術的發展而(ér)迅速發展起(qǐ)來的新型⭐流(liu)量測量儀表(biao)。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(dǎo)電液體體積(ji)流量的儀表(biao)。由于其獨特(tè)的優點， 電磁(cí)流量計 目前(qian)已廣泛地被(bei)應用于工業(ye)過程中各種(zhǒng)導電液體的(de)流量測量，如(ru)各種酸、堿、鹽(yan)等腐蝕性介(jiè)質；各種漿液(ye)流量測量，形(xíng)成了獨特的(de)應用領域。
在(zai)結構上， 電磁(cí)流量計 由電(dian)磁流量傳感(gǎn)器和轉換器(qì)兩部分組成(chéng)。傳感器安裝(zhuang)在工業過程(cheng)管道上，它的(de)作用是将流(liu)進管道内的(de)液體體積流(liú)量值線性地(dì)變換成感生(shēng)電勢信号，并(bìng)通過傳輸線(xian)将此信号送(sòng)到轉換器。轉(zhuǎn)換器安裝在(zai)離傳感器不(bu)太遠的地方(fāng)，它将傳感器(qi)送來的🔞流量(liang)信号進行放(fang)大，并轉換成(chéng)流量信🚶号成(chéng)正比的⚽标準(zhǔn)電信号輸出(chu)，以進行顯示(shì)，累積和調節(jie)控制。
電磁流(liú)量計 的基本(běn)原理
(一)測量(liàng)原理
根據法(fa)拉第電磁感(gǎn)應定律，當一(yī)導體在磁場(chang)中運😘動切割(ge)磁‼️力線時，在(zài)導體的兩端(duān)即産生感生(shēng)電勢e，其方向(xiàng)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(su)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(zhong)，垂直于磁🤟場(chang)方向放一個(gè)内徑爲D的不(bu)導磁管道，當(dāng)導電液🐆體在(zài)管道中以流(liú)速u流動時，導(dao)電流體就切(qiē)割磁力🏃🏻‍♂️線．如(ru)果在管道🌈截(jié)面上垂直于(yú)磁場的直徑(jing)兩端安裝一(yī)對電🐉極(圖3—17)則(zé)可以證明，隻(zhī)♋要管道内流(liu)速分布爲軸(zhou)對稱分布，兩(liang)電極之間也(ye)特産生感生(shēng)電動勢✉️：
e＝BD        (3－36)
式中(zhōng)，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(yīng)電動勢e和測(ce)量管内徑🐕D成(cheng)線性關系，與(yǔ)磁場的磁感(gan)應強度B成反(fǎn)比，與其它物(wù)理參🌈數無關(guan)．這🌐就是 電磁(ci)流量計 的測(ce)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(cè)量條件滿㊙️足(zu)下列假定：
①磁(cí)場是均勻分(fen)布的恒定磁(cí)場；
②被測流體(ti)的流速軸對(duì)稱分布；
③被測(ce)液體是非磁(cí)性的；
④被測液(ye)體的電導率(lǜ)均勻且各向(xiàng)同性。
圖3－17電磁(ci)流量計原理(lǐ)簡圖
1－磁極；2－電(diàn)極；3－管道
(二)勵(lì)磁方式
勵磁(cí)方式即産生(sheng)磁場的方式(shi)．由前述可知(zhi)，爲使式🤩(3—37)嚴格(gé)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(chǎng)．爲此，就需要(yao)選擇一種合(hé)适的勵磁方(fang)式。目前，一般(ban)有三種勵碰(pèng)方式，即直流(liú)勵磁、交㊙️流勵(lì)磁和低頻方(fang)波勵磁．現分(fen)♻️别予以介紹(shào)．
1．直流勵磁
直(zhí)流勵磁方式(shi)用直流電産(chan)生磁場或采(cǎi)用永久磁鐵(tiě)，它能産生一(yī)個恒定的均(jun1)勻磁場．這種(zhong)直流勵磁🐉變(bian)送器的最大(da)優點⚽是受交(jiao)流電磁場幹(gàn)擾影響很👨‍❤️‍👨小(xiao)，因而可以忽(hū)略液體中的(de)自感現象的(de)影響．但是♈，使(shǐ)用直流磁場(chǎng)易使通過測(cè)量管道的電(dian)解質液體被(bèi)極化，即電解(jie)質在電場中(zhong)被電解，産生(shēng)正負離子．在(zai)電場力的作(zuo)用下，負離子(zi)跑向正極，正(zhèng)離子跑向負(fù)極．如圖3—18所示(shi)．這樣，将導緻(zhi)正負電極分(fen)别被相反極(ji)性的離子所(suo)包圍，嚴重影(yǐng)響 電磁流量(liàng)計 的正常工(gong)作．所以，直流(liu)勵磁一般隻(zhī)用于測量非(fei)電解質液體(tǐ)，如🤩液态金屬(shu)等．
圖3－18直流勵(li)磁方式
2．交流(liu)勵磁
目前，工(gong)業上使用的(de) 電磁流量計(jì) ，大都采用工(gōng)頻(50Hz)電源交流(liu)勵磁方式，即(ji)它的磁場是(shi)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(chǎng)．交變磁場變(biàn)送器的主要(yào)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(xìn)号也是交變(bian)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(duo)．
如果交流磁(cí)場的磁感應(ying)強度爲
B＝Bm sint             （3－38）
則電(diàn)極上産生的(de)感生電動勢(shì)爲
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體積(jī)流量爲
qv= D                  （3－40）
式中(zhong)Bm――磁場磁感應(yīng)強度的最大(dà)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(jing)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(gǎn)生電動勢e與(yǔ)流量qv成正比(bi)．這就是交流(liú)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(lai)一系列的電(diàn)磁幹✉️擾問題(tí)🌈．例如正交幹(gan)擾．同相幹擾(rao)等，這些幹擾(rao)信号與有用(yong)🛀的流量信🐅号(hào)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(lì)磁研制的重(zhòng)要課題。
3．低頻(pín)方波勵磁
直(zhí)流勵磁方式(shi)和交流勵滋(zī)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(shǐ)采用低頻方(fang)波勵磁方式(shi)．它的勵磁電(dian)流波形如圖(tu)3—19所示，其頻率(lü)通常爲工頻(pin)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(zai)半個周期内(nèi)，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場(chang)，它具有直🚶流(liu)勵磁的特點(diǎn)，受電磁幹擾(rao)影響很小．從(cong)整個時間過(guo)程看，方波信(xìn)号又是一個(gè)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(ci)，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(liàng)計 上廣泛的(de)應用．概括一(yī)下， 電磁流量(liàng)計 具有如下(xià)幾個優點：
① 電(dian)磁流量計 能(néng)避免交流磁(cí)場的正交電(dian)磁幹擾；
② 電磁(ci)流量計 消除(chu)由分布電容(rong)引起的工頻(pín)幹擾；
③抑制交(jiao)流磁場在管(guan)壁和流體内(nei)部引起的電(dian)渦流🚩；
④排除直(zhi)流勵磁的極(ji)化現象．


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