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電(dian)磁(ci)流量計(ji)的工作(zuo)原理
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電(dian)磁流(liu)量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱(cheng)
EMF
）
是20世紀(ji)50~60年代随(sui)着電(dian)子技術的(de)發展而迅(xun)速發展起(qi)來的新型(xing)流量(liang)測(ce)量(liang)儀表。
電磁(ci)流量計
是(shi)根據法(fa)拉第電磁感(gan)應定律制(zhi)成的(de)，
電磁(ci)流量計
用(yong)來測量導(dao)電液體體積流(liu)量的(de)儀表。由于(yu)其獨特(te)的(de)優點(dian)，
電磁(ci)流(liu)量(liang)計
目(mu)前已廣(guang)泛(fan)地被應用(yong)于(yu)工業過(guo)程中各種(zhong)導電(dian)液體的(de)流(liu)量測(ce)量，如各種(zhong)酸、堿(jian)、鹽等腐蝕性介(jie)質；
電磁流(liu)量計
各種(zhong)漿液流量(liang)測量，形(xing)成(cheng)了獨(du)特的應用(yong)領域(yu)。
在結(jie)構(gou)上，
電磁(ci)流量(liang)計
由電磁(ci)流量(liang)傳(chuan)感(gan)器和轉換(huan)器兩(liang)部分(fen)組成(cheng)。傳感(gan)器安(an)裝在工(gong)業(ye)過程(cheng)管道上(shang)，它的作用是(shi)将流進管(guan)道内(nei)的液(ye)體體(ti)積流(liu)量值(zhi)線性(xing)地變(bian)換(huan)成(cheng)感生(sheng)電勢(shi)信号，并通(tong)過傳輸線(xian)将此信号(hao)送到轉換(huan)器。轉換器(qi)安裝(zhuang)在離傳感(gan)器不(bu)太遠(yuan)的地(di)方，它(ta)将傳感(gan)器送來(lai)的流(liu)量信(xin)号進(jin)行放(fang)大，并轉換(huan)成流(liu)量信(xin)号成(cheng)正比(bi)的(de)标準電(dian)信号輸出，以進(jin)行顯示(shi)，累積和(he)調節(jie)控制(zhi)。
電磁流量計(ji)
的基本(ben)原理(li)
(一(yi))測量原理
根(gen)據法(fa)拉第(di)電磁感(gan)應(ying)定律，當一導(dao)體(ti)在磁(ci)場中運動(dong)切割(ge)磁力線(xian)時，在導(dao)體的兩端即産(chan)生感生(sheng)電勢e，其(qi)方向由(you)右手定則确定，其大小(xiao)與磁場(chang)的(de)磁感(gan)應強度B，導體在(zai)磁場(chang)内的(de)長度(du)L及導體的運動(dong)速度u成正比，如果B， L，u三(san)者(zhe)互相垂(chui)直，則
e＝Blu (3－35)
與此相仿．在磁感(gan)應(ying)強度(du)爲B的均勻(yun)磁場(chang)中，垂(chui)直于磁場(chang)方向放一個内徑爲D的不導磁(ci)管道(dao)，當導(dao)電液(ye)體在(zai)管道(dao)中以(yi)流速(su)u流動(dong)時，導電流體(ti)就切割(ge)磁力線．如(ru)果在(zai)管道(dao)截面上垂(chui)直于磁場的直(zhi)徑兩(liang)端(duan)安裝一(yi)對電極(圖(tu)3—17)則可(ke)以證明，隻要管(guan)道内(nei)流(liu)速(su)分布(bu)爲軸對稱分布(bu)，兩電(dian)極(ji)之間也(ye)特産(chan)生感生電(dian)動勢(shi)：
e＝BD (3－36)
式中，爲管道截面上的平(ping)均流速(su)．由(you)此可(ke)得管(guan)道的體積(ji)流量(liang)爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可見(jian)，體積(ji)流量(liang)qv與感(gan)應電動勢(shi)e和測(ce)量管内徑(jing)D成線(xian)性(xing)關(guan)系，與磁場(chang)的磁感應(ying)強度B成(cheng)反比，與(yu)其它(ta)物理(li)參數(shu)無關．這就是
電(dian)磁流量計
的測(ce)量原理(li)．
需(xu)要說明的是(shi)，要使式(shi)（3—37）嚴格成(cheng)立(li)，必須使測(ce)量(liang)條(tiao)件滿(man)足下(xia)列(lie)假定：
①磁(ci)場是(shi)均勻分布(bu)的恒定磁(ci)場；
②被測流(liu)體的(de)流速(su)軸對稱(cheng)分布；
③被(bei)測液(ye)體(ti)是(shi)非磁(ci)性的(de)；
④被(bei)測(ce)液體的電(dian)導率(lü)均勻(yun)且各向同(tong)性。
圖(tu)3－17電磁流量計原(yuan)理簡(jian)圖(tu)
1－磁極；2－電(dian)極；3－管道
(二)勵磁(ci)方式
勵磁(ci)方式即産(chan)生(sheng)磁(ci)場的(de)方式．由前述可知，爲使式(3—37)嚴格(ge)成立，第一(yi)個必(bi)須滿(man)足的條件(jian)就是要有(you)一個均勻(yun)恒定的磁(ci)場．爲此(ci)，就(jiu)需要(yao)選擇(ze)一種合适(shi)的勵磁方(fang)式。目(mu)前，一(yi)般有三種(zhong)勵碰(peng)方(fang)式，即直(zhi)流勵(li)磁(ci)、交流勵(li)磁和低頻(pin)方波勵磁(ci)．現(xian)分别予(yu)以介紹．
1．直流勵(li)磁
直(zhi)流勵磁方(fang)式用直流(liu)電産生磁(ci)場或采用(yong)永久(jiu)磁鐵(tie)，它能(neng)産生(sheng)一(yi)個恒定(ding)的均勻磁場．這(zhe)種直(zhi)流(liu)勵(li)磁變(bian)送器(qi)的(de)最大優(you)點是(shi)受(shou)交流電(dian)磁場幹擾影響(xiang)很小，因而可以(yi)忽略(lue)液體(ti)中的(de)自感(gan)現象的影(ying)響．但是，使(shi)用直流磁(ci)場易使通(tong)過測量(liang)管(guan)道的(de)電解(jie)質液體被(bei)極化(hua)，即(ji)電解質(zhi)在電(dian)場中被電(dian)解，産生(sheng)正(zheng)負離(li)子．在(zai)電(dian)場力的(de)作用下(xia)，負(fu)離子跑向正(zheng)極，正離(li)子跑向負(fu)極．如(ru)圖3—18所(suo)示．這樣，将(jiang)導緻正負電極(ji)分别(bie)被相(xiang)反極(ji)性的(de)離子所包(bao)圍，嚴重影(ying)響
電(dian)磁流(liu)量計
的正(zheng)常工(gong)作．所以，直(zhi)流勵(li)磁(ci)一般隻用于(yu)測量(liang)非電(dian)解質(zhi)液(ye)體(ti)，如液(ye)态金(jin)屬(shu)等(deng)．
圖3－18直(zhi)流勵(li)磁(ci)方(fang)式
2．交(jiao)流勵(li)磁
目(mu)前，工(gong)業上使用(yong)的
電(dian)磁流量(liang)計(ji)
，大都(dou)采用工頻(50Hz)電源交流勵(li)磁(ci)方式(shi)，即它(ta)的磁(ci)場是(shi)由正(zheng)弦交(jiao)變電(dian)流産生的(de)，所以産生的磁場也(ye)是一個交(jiao)變磁(ci)場．交變磁(ci)場變(bian)送器(qi)的主(zhu)要優(you)點是(shi)消除了電(dian)極表面的極化于擾．另外(wai)，由于(yu)磁場是(shi)交(jiao)變的(de)，所以輸(shu)出信号(hao)也是(shi)交變(bian)信号(hao)，放大和(he)轉換低(di)電平的交流信(xin)号要(yao)比直(zhi)流信(xin)号容易得多．
如果交流磁場的(de)磁感應強度爲
B＝Bm sint （3－38）
則電極上産生(sheng)的感生電(dian)動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被(bei)測體(ti)積流(liu)量爲(wei)
qv= D （3－40）
式(shi)中(zhong)Bm――磁場(chang)磁感(gan)應強(qiang)度的(de)最大值；
――勵(li)磁電(dian)流的(de)角頻率，＝2f；
t――時(shi)間；
f――電源頻(pin)率．
由(you)式(3－40)可(ke)知(zhi)，當(dang)測量(liang)管内(nei)徑D不(bu)變，磁感應強度Bm爲一(yi)定值(zhi)時，兩(liang)電極(ji)上輸(shu)出(chu)的感生(sheng)電動勢(shi)e與(yu)流量(liang)qv成正(zheng)比．這就是(shi)交流(liu)磁場電磁(ci)流量變(bian)送器的(de)基本工作(zuo)原理(li)．
值得注(zhu)意的是(shi)，用交流磁場會(hui)帶來一系列的(de)電磁幹擾問題(ti)．例如(ru)正交幹擾(rao)．同相幹擾(rao)等，這(zhe)些幹(gan)擾信号與(yu)有用(yong)的流(liu)量信(xin)号混雜(za)在一起(qi)．因此(ci)，如(ru)何(he)正确(que)區分(fen)流量信号(hao)與幹擾信(xin)号，并(bing)如何(he)有效地抑(yi)制和(he)排除(chu)各種(zhong)幹擾(rao)信(xin)号，就成(cheng)爲交(jiao)流(liu)勵磁
電(dian)磁流(liu)量計
研制(zhi)的重(zhong)要課(ke)題。
3．低頻方(fang)波勵磁
直(zhi)流勵磁方(fang)式和(he)交流(liu)勵滋方式(shi)各有(you)優缺(que)點，爲(wei)了充分發揮它(ta)們的優(you)點，盡量(liang)避免(mian)它們(men)的缺(que)點，70年代以(yi)來，人(ren)們開(kai)始(shi)采用低(di)頻方波勵(li)磁方(fang)式．它的(de)勵磁電(dian)流波形如圖3—19所(suo)示，其(qi)頻率通常(chang)爲工頻(pin)的1／4－l／10．
圖3－19方波勵(li)磁(ci)電流波(bo)形
從圖3－19可見，在(zai)半個周(zhou)期(qi)内，磁(ci)場是恒穩(wen)的直流磁(ci)場，它具有(you)直流(liu)勵磁(ci)的特點，受(shou)電磁(ci)幹擾(rao)影響很(hen)小(xiao)．從整個時間過程看(kan)，方波信(xin)号又是一個(ge)交(jiao)變的信(xin)号，所(suo)以它(ta)能克(ke)服直(zhi)流勵滋易(yi)産生的極(ji)化現象．因(yin)此，低頻方(fang)波勵(li)磁是一種(zhong)比較(jiao)好的勵磁(ci)方式，目前(qian)已在
電磁(ci)流(liu)量計
上(shang)廣泛的應(ying)用．概(gai)括一下，
電磁流(liu)量計
具有(you)如下(xia)幾個(ge)優(you)點：
①
電磁(ci)流量(liang)計
能(neng)避免(mian)交流(liu)磁(ci)場的正(zheng)交電磁幹擾；
②
電磁流(liu)量計(ji)
消除(chu)由分(fen)布電(dian)容引(yin)起的(de)工(gong)頻(pin)幹擾(rao)；
③
電磁流(liu)量(liang)計
抑(yi)制交(jiao)流磁(ci)場在(zai)管壁和流(liu)體内(nei)部引起(qi)的電渦(wo)流；
④
電磁(ci)流(liu)量計(ji)
排除直(zhi)流勵磁(ci)的極化(hua)現(xian)象．
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