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	電(dian)磁流量(liàng)計的工(gōng)作原理(lǐ)
	氧化锆(gao)氧傳感(gan)器的原(yuán)理及應(ying)用
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電磁(cí)流量計(jì) （ Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是(shì)20世紀50~60年(nian)代随着(zhe)電子技(ji)術的發(fa)展而迅(xùn)速發展(zhan)起來的(de)新型流(liú)🌍量測量(liang)儀表。 電(diàn)磁流量(liang)計 是根(gen)據法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律制成(chéng)的， 電磁(ci)流量計(ji) 用來測(cè)量導電(dian)液體體(ti)積流量(liang)的儀表(biǎo)。由于其(qi)獨特的(de)優點，目前(qián)已廣泛(fan)地被應(ying)用于工(gong)業過程(cheng)中各種(zhong)導電液(ye)體的流(liú)量測量(liang)，如各種(zhǒng)酸、堿、鹽(yan)等腐蝕(shí)性介質(zhi)； 電磁流(liú)量計 各(ge)種漿液(ye)流量測(cè)量，形成(chéng)了獨特(tè)的應用(yong)領域。
在(zai)結構上(shang)， 電磁流(liu)量計 由(you)電磁流(liu)量傳感(gan)器和轉(zhuan)換器兩(liǎng)部分組(zǔ)成。傳感(gǎn)器安裝(zhuāng)在🔴工業(yè)過程管(guǎn)道上，它(tā)的作用(yòng)是将流(liú)進管道(dào)内的液(yè)體體積(ji)流量值(zhí)線💚性地(dì)變換成(chéng)感生電(diàn)勢信号(hao)，并通過(guo)傳輸線(xiàn)将此信(xin)号送到(dào)轉換器(qì)。轉換器(qi)安裝在(zài)離傳感(gan)器不太(tai)遠的地(di)方，它将(jiāng)傳感器(qi)送來的(de)流量信(xìn)号進行(hang)放大，并(bing)轉換成(cheng)流量信(xìn)号成正(zheng)比的标(biāo)準電信(xìn)号輸出(chū)，以進行(hang)顯示🔆，累(lei)積和調(diào)節控制(zhi)。
電磁流(liu)量計 的(de)基本原(yuán)理
(一)測(ce)量原理(li)
根據法(fa)拉第電(diàn)磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導體(ti)在磁場(chang)中運動(dòng)切割磁(ci)力線時(shi)，在導體(ti)的兩端(duān)即産生(sheng)感生電(diàn)勢e，其方(fāng)向由📧右(you)手定則(ze)确定，其(qi)大小與(yǔ)磁場的(de)磁感應(yīng)強度B，導(dao)體在磁(ci)❤️場内的(de)長度L及(jí)導體的(de)運動速(su)度u成正(zhèng)比，如果(guo)B， L，u三者互(hu)相垂直(zhi)，則
e＝Blu       (3－35)
與此(cǐ)相仿．在(zài)磁感應(yīng)強度爲(wèi)B的均勻(yun)磁場中(zhōng)，垂直于(yú)磁場方(fāng)向放一(yi)個内徑(jìng)爲D的不(bú)導磁管(guan)道，當導(dao)電液體(ti)在管道(dao)中以流(liu)速u流動(dong)♌時，導電(diàn)流體就(jiu)切割磁(ci)力🚶線．如(ru)果🐆在管(guan)道🐇截面(mian)上垂直(zhi)于磁場(chang)的😘直徑(jìng)兩端安(ān)💚裝一對(duì)電極(圖(tu)3—17)則可以(yi)證明，隻(zhi)要管道(dào)内流速(su)分布爲(wei)軸對稱(chēng)分布，兩(liǎng)電極之(zhī)間也特(te)産生⚽感(gan)生電動(dòng)勢：
e＝BD        (3－36)
式中(zhōng)，爲管道(dào)截面上(shang)的平均(jun)流速．由(you)此可得(dé)管道的(de)體積流(liú)量爲：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由(yóu)上式可(ke)見，體積(ji)流量qv與(yu)感應電(diàn)動勢e和(hé)測量管(guan)内♉徑D成(cheng)線性關(guan)♊系，與磁(ci)場的磁(ci)感應強(qiáng)度B成反(fǎn)比，與其(qi)‼️它物理(li)參數無(wú)關．這就(jiu)是 電磁(cí)流量計(jì) 的測量(liàng)原理．
需(xū)要說明(ming)的是，要(yào)使式（3—37）嚴(yan)格成立(lì)，必須使(shǐ)測量條(tiáo)件滿🐇足(zú)下列💜假(jiǎ)定：
①磁場(chǎng)是均勻(yun)分布的(de)恒定磁(ci)場；
②被測(ce)流體的(de)流速軸(zhou)對稱分(fen)布；
③被測(cè)液體是(shi)非磁性(xing)的；
④被測(ce)液體的(de)電導率(lǜ)均勻且(qiě)各向同(tóng)性。
圖3－17電(diàn)磁流量(liàng)計原理(lǐ)簡圖
1－磁(cí)極；2－電極(ji)；3－管道
(二(er))勵磁方(fāng)式
勵磁(ci)方式即(ji)産生磁(cí)場的方(fang)式．由前(qian)述可知(zhi)，爲使式(shì)(3—37)嚴🐉格成(cheng)立，第一(yi)個必須(xū)滿足的(de)條件就(jiu)是要有(you)一個均(jun1)勻恒定(dìng)的磁場(chang)．爲此，就(jiù)需要選(xuǎn)擇一種(zhong)合适的(de)勵磁方(fang)式。目前(qián)，一般有(yǒu)三種勵(li)碰方式(shì)，即直流(liu)勵磁、交(jiāo)流勵磁(cí)和低頻(pin)方波勵(lì)磁．現分(fèn)别予以(yǐ)介紹．
1．直(zhi)流勵磁(cí)
直流勵(lì)磁方式(shì)用直流(liu)電産生(shēng)磁場或(huo)采用永(yong)久磁鐵(tiě)，它能産(chan)生一個(gè)恒定的(de)均勻磁(ci)場．這種(zhǒng)直流勵(lì)磁變送(sòng)器的最(zui)大優點(dian)是受交(jiāo)流電磁(cí)場幹擾(rǎo)影響很(hen)小，因而(ér)可以忽(hū)略液體(ti)中的自(zi)感現象(xiàng)的影響(xiang)．但是，使(shi)用直流(liu)磁場易(yì)使通過(guò)測量管(guan)道的電(diàn)解質液(ye)體♻️被極(ji)化，即電(dian)⁉️解質在(zài)電場中(zhong)被電解(jie)，産生正(zhèng)負離子(zi)💞．在電場(chǎng)力的❗作(zuo)用下，負(fù)離子跑(pao)向正極(ji)，正離子(zi)跑向負(fù)極．如圖(tú)♋3—18所示．這(zhè)樣，将導(dao)緻正負(fù)電極分(fèn)别被相(xiàng)反極性(xìng)的離子(zi)所包圍(wéi)💚，嚴重影(ying)響的正常(cháng)工作．所(suǒ)以，直流(liú)勵磁一(yī)般隻用(yong)于測量(liang)非電解(jiě)質液體(ti)🈲，如液态(tai)金屬等(děng)．
圖3－18直流(liú)勵磁方(fang)式
2．交流(liú)勵磁
目(mù)前，工業(yè)上使用(yòng)的 電磁(cí)流量計(jì) ，大都采(cǎi)用工頻(pin)(50Hz)電源交(jiao)流勵磁(ci)方式，即(ji)它的磁(cí)場是由(you)正⚽弦交(jiāo)變👄電流(liu)産生的(de)，所以産(chǎn)生的磁(cí)場也是(shì)一🆚個交(jiao)變磁場(chǎng)．交💞變磁(cí)場變送(sòng)器的主(zhu)要優點(dian)是消除(chu)🛀🏻了電極(ji)表面的(de)🏃‍♀️極化于(yú)🛀擾．另外(wài)，由于磁(ci)場是交(jiāo)變的，所(suǒ)以輸出(chū)🙇🏻信号也(ye)是交變(biàn)信号，放(fang)大和轉(zhuǎn)換低電(diàn)平👌的交(jiāo)流信号(hao)要比直(zhí)流信号(hao)容易得(de)多🐕．
如果(guǒ)交流磁(ci)場的磁(cí)感應強(qiang)度爲
B＝Bm sint             （3－38）
則(zé)電極上(shàng)産生的(de)感生電(dian)動勢爲(wei)
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體(tǐ)積流量(liang)爲
qv= D                  （3－40）
式中(zhōng)Bm――磁場磁(cí)感應強(qiang)度的最(zuì)大值；
――勵(lì)磁電流(liu)的角頻(pin)率，＝2f；
t――時間(jiān)；
f――電源頻(pin)率．
由式(shì)(3－40)可知，當(dang)測量管(guan)内徑D不(bú)變，磁感(gan)應強度(dù)Bm爲一定(ding)值🆚時，兩(liǎng)🌈電極上(shang)輸出的(de)感生電(diàn)動勢e與(yǔ)流量qv成(cheng)正比．這(zhe)就是交(jiāo)流磁場(chang)電磁流(liu)量變送(sòng)器的基(jī)本工作(zuo)原理．
值(zhí)得注意(yì)的是，用(yong)交流磁(cí)場會帶(dai)來一系(xi)列的電(dian)磁幹擾(rǎo)問✂️題．例(lì)如正交(jiao)幹擾．同(tóng)相幹擾(rǎo)等，這些(xiē)幹擾信(xìn)🈲号與有(yǒu)用的流(liú)量信⭐号(hào)混雜在(zài)一起．因(yin)此，如何(he)正确區(qū)分流量(liang)信号與(yǔ)幹擾信(xìn)号，并如(ru)何有🐪效(xiào)地抑制(zhì)和🔴排除(chu)各種幹(gan)擾信号(hào)，就成爲(wèi)交流勵(lì)磁研制的(de)重要課(ke)題。
3．低頻(pin)方波勵(li)磁
直流(liu)勵磁方(fang)式和交(jiāo)流勵滋(zī)方式各(ge)有優缺(quē)點，爲了(le)🍉充分發(fā)揮🌐它們(men)的優點(dian)，盡量避(bi)免它們(men)的缺點(diǎn)，70年代以(yi)來，人們(men)開始采(cai)用低頻(pin)方波勵(lì)磁方式(shì)．它的勵(li)磁電流(liú)波形如(rú)圖3—19所示(shì)，其頻率(lǜ)通常爲(wèi)工🐪頻的(de)1／4－l／10．
圖3－19方波(bo)勵磁電(dian)流波形(xíng)
從圖3－19可(kě)見，在半(bàn)個周期(qi)内，磁場(chang)是恒穩(wen)的直流(liú)磁場🧡，它(tā)具有直(zhí)🌈流勵磁(cí)的特點(dian)，受電磁(ci)幹擾影(ying)響很小(xiao)．從整個(gè)🍓時間過(guo)程看，方(fang)波信🏃‍♀️号(hao)又是一(yī)個交變(biàn)的信号(hào)，所以它(ta)能克服(fú)✔️直流勵(li)滋易産(chǎn)生的極(ji)化現象(xiàng)．因此，低(di)頻方波(bo)勵磁是(shi)一種比(bi)較好🥵的(de)勵磁方(fāng)🌈式，目前(qián)已在 電(diàn)磁流量(liàng)計 上廣(guang)泛的應(yīng)用．概括(kuo)一下， 電(diàn)磁流量(liàng)計 具有(yǒu)如下幾(jǐ)個優點(diǎn)：
①能(néng)避免交(jiāo)流磁場(chǎng)的正交(jiao)電磁幹(gan)擾；
② 電磁(ci)流量計(ji) 消除由(you)分布電(dian)容引起(qǐ)的工頻(pín)幹擾；
③抑制(zhì)交流磁(ci)場在管(guan)壁和流(liu)體内部(bù)引起的(de)電渦流(liú)💃；
④ 電磁流(liu)量計 排(pái)除直流(liu)勵磁的(de)極化現(xiàn)象．


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