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電磁流(liu)量計的(de)工作(zuo)原理
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電磁(ci)流量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是(shi)20世紀(ji)50~60年(nian)代随着(zhe)電子技(ji)術的發展而迅速發展(zhan)起來的新(xin)型流(liu)量測(ce)量儀表。
電(dian)磁流量計(ji)
是根(gen)據法(fa)拉(la)第(di)電磁(ci)感應定律(lü)制成的，
電磁流量計(ji)
用來測(ce)量(liang)導電液體體(ti)積流量(liang)的儀表。由于其(qi)獨特(te)的優點，
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
目前(qian)已廣泛地被應(ying)用于工業(ye)過程(cheng)中各(ge)種(zhong)導(dao)電液(ye)體的流量(liang)測量，如各(ge)種酸、堿、鹽(yan)等腐蝕性(xing)介質(zhi)；
電磁(ci)流(liu)量計
各(ge)種漿液(ye)流量測(ce)量，形(xing)成了獨特(te)的應用領(ling)域。
在(zai)結構(gou)上，
電磁流(liu)量計
由(you)電(dian)磁流量傳感器和轉(zhuan)換器(qi)兩部(bu)分組成。傳感器安裝(zhuang)在工業過程管(guan)道上，它的作用(yong)是将流(liu)進管道(dao)内的(de)液體體積(ji)流量(liang)值線(xian)性地變換(huan)成感生電(dian)勢信号(hao)，并(bing)通過(guo)傳輸(shu)線将此信(xin)号送(song)到(dao)轉(zhuan)換器。轉換器(qi)安裝在(zai)離傳感器(qi)不太遠的地方，它将(jiang)傳感器(qi)送(song)來的流量(liang)信号進行(hang)放大，并(bing)轉(zhuan)換成(cheng)流量(liang)信号成正(zheng)比的标準電信号輸出，以(yi)進行(hang)顯示，累積(ji)和調(diao)節控(kong)制。
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
的基(ji)本原(yuan)理
(一)測(ce)量(liang)原理(li)
根據法(fa)拉(la)第電(dian)磁感應(ying)定(ding)律，當(dang)一導(dao)體在磁場(chang)中運動切割磁(ci)力線時，在導體的兩端(duan)即産生(sheng)感生電勢(shi)e，其方(fang)向由(you)右(you)手(shou)定則(ze)确定，其大小與(yu)磁場(chang)的(de)磁感應(ying)強度B，導(dao)體(ti)在磁場内(nei)的長(zhang)度L及(ji)導體的運(yun)動速度u成正比，如果(guo)B， L，u三者互相(xiang)垂直(zhi)，則
e＝Blu (3－35)
與(yu)此相仿．在(zai)磁感應(ying)強度爲B的均(jun)勻磁場中(zhong)，垂直于(yu)磁場方(fang)向放(fang)一(yi)個内徑(jing)爲D的不導(dao)磁管(guan)道，當(dang)導電液體(ti)在管(guan)道中(zhong)以流(liu)速u流(liu)動時(shi)，導電(dian)流體(ti)就切(qie)割磁(ci)力線．如果在管(guan)道截(jie)面上垂直(zhi)于磁場(chang)的直徑(jing)兩端(duan)安(an)裝(zhuang)一對電極(ji)(圖3—17)則可以(yi)證明(ming)，隻(zhi)要(yao)管道(dao)内流速(su)分布爲(wei)軸對稱分布，兩(liang)電極(ji)之(zhi)間也特(te)産生(sheng)感生(sheng)電動勢：
e＝BD (3－36)
式(shi)中，爲管道(dao)截面(mian)上的平均(jun)流速．由此可得(de)管道的體(ti)積流(liu)量爲(wei)：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可(ke)見，體(ti)積(ji)流(liu)量qv與感應(ying)電(dian)動勢e和(he)測量管内(nei)徑D成(cheng)線性(xing)關(guan)系，與磁(ci)場的(de)磁感(gan)應強度B成(cheng)反比，與其(qi)它物理參(can)數無(wu)關．這就(jiu)是
電磁(ci)流量計
的(de)測量原理．
需要說明(ming)的是，要(yao)使式（3—37）嚴(yan)格成立，必須使(shi)測量條(tiao)件(jian)滿足下列(lie)假定：
①磁場(chang)是均勻分(fen)布的恒定(ding)磁場；
②被測(ce)流體(ti)的流(liu)速軸(zhou)對稱分(fen)布(bu)；
③被測(ce)液體(ti)是(shi)非磁性(xing)的；
④被(bei)測液體的(de)電導率均勻且各向(xiang)同性。
圖3－17電(dian)磁流量(liang)計(ji)原理簡圖(tu)
1－磁極(ji)；2－電極(ji)；3－管道(dao)
(二)勵(li)磁方式
勵(li)磁方式即(ji)産生磁場(chang)的方(fang)式．由前述(shu)可知(zhi)，爲使(shi)式(3—37)嚴(yan)格成(cheng)立，第(di)一(yi)個必須(xu)滿足的條件就(jiu)是要有(you)一個均(jun)勻恒定的(de)磁場(chang)．爲此，就需要選(xuan)擇一種合(he)适的勵磁方式(shi)。目前(qian)，一般有(you)三(san)種勵(li)碰方(fang)式，即(ji)直流(liu)勵磁(ci)、交(jiao)流勵磁(ci)和低(di)頻方波勵(li)磁．現分别(bie)予以介紹(shao)．
1．直流勵磁(ci)
直流(liu)勵磁(ci)方式用直(zhi)流電産生(sheng)磁場或采(cai)用永(yong)久磁(ci)鐵(tie)，它能産(chan)生一個恒(heng)定的(de)均勻磁場(chang)．這種(zhong)直流(liu)勵(li)磁(ci)變送(song)器的(de)最大優點(dian)是受交流(liu)電磁(ci)場幹(gan)擾影響很(hen)小，因而(er)可(ke)以忽(hu)略液(ye)體(ti)中的自(zi)感現(xian)象的(de)影響．但是，使(shi)用直流(liu)磁場易使通過(guo)測量(liang)管道的電(dian)解質液(ye)體(ti)被極(ji)化，即(ji)電解質在(zai)電場(chang)中(zhong)被電解，産生(sheng)正(zheng)負(fu)離子(zi)．在電場(chang)力(li)的作(zuo)用下(xia)，負離子跑(pao)向正(zheng)極(ji)，正(zheng)離子跑向(xiang)負極．如圖(tu)3—18所示．這(zhe)樣(yang)，将導(dao)緻正負電極分(fen)别被(bei)相反(fan)極性(xing)的離子所包圍(wei)，嚴重影響(xiang)
電磁流量(liang)計(ji)
的(de)正常(chang)工作(zuo)．所以(yi)，直流勵磁(ci)一(yi)般隻用(yong)于測(ce)量非(fei)電解(jie)質液(ye)體，如液态(tai)金屬(shu)等．
圖(tu)3－18直流勵磁方式
2．交流(liu)勵磁(ci)
目前(qian)，工業(ye)上使用(yong)的
電磁(ci)流量(liang)計
，大都采(cai)用工(gong)頻(50Hz)電(dian)源交(jiao)流勵(li)磁(ci)方式，即(ji)它的(de)磁場(chang)是由(you)正弦交變電流産生的，所(suo)以産(chan)生的(de)磁場(chang)也是一個(ge)交變(bian)磁場(chang)．交變磁場(chang)變送(song)器的主要優點(dian)是消除(chu)了(le)電極(ji)表面的極(ji)化于(yu)擾．另外，由(you)于磁(ci)場是(shi)交(jiao)變的，所(suo)以輸出(chu)信(xin)号也(ye)是交(jiao)變(bian)信号，放(fang)大和(he)轉換(huan)低電(dian)平的(de)交流信号(hao)要比直(zhi)流(liu)信号(hao)容易(yi)得多．
如果(guo)交流(liu)磁(ci)場(chang)的磁(ci)感應(ying)強(qiang)度爲
B＝Bm sint （3－38）
則(ze)電極上産生的(de)感生電動勢爲(wei)
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體積(ji)流量(liang)爲
qv= D （3－40）
式(shi)中Bm――磁場磁(ci)感應強度(du)的最大值(zhi)；
――勵磁(ci)電流(liu)的角頻(pin)率(lü)，＝2f；
t――時間(jian)；
f――電源(yuan)頻率．
由式(shi)(3－40)可知(zhi)，當(dang)測量管(guan)内徑(jing)D不變(bian)，磁感(gan)應強度Bm爲(wei)一定(ding)值時(shi)，兩(liang)電(dian)極上(shang)輸出(chu)的感生電(dian)動勢(shi)e與(yu)流(liu)量qv成(cheng)正比．這就是交(jiao)流磁(ci)場電(dian)磁流(liu)量變送(song)器的基(ji)本工作原理．
值(zhi)得注意的是，用(yong)交流磁場會帶(dai)來一系列(lie)的電磁幹(gan)擾(rao)問題．例(li)如正(zheng)交(jiao)幹擾．同相幹(gan)擾(rao)等(deng)，這些(xie)幹擾信号(hao)與有(you)用的(de)流量(liang)信号(hao)混雜在一起．因此，如(ru)何正(zheng)确區(qu)分流(liu)量信(xin)号與(yu)幹擾(rao)信号，并如(ru)何有效地(di)抑制(zhi)和排(pai)除各種幹(gan)擾信号(hao)，就(jiu)成爲交流(liu)勵磁(ci)
電磁(ci)流量計
研(yan)制的(de)重要(yao)課題(ti)。
3．低頻(pin)方波(bo)勵磁(ci)
直流勵磁方式和交(jiao)流勵滋方(fang)式各(ge)有優(you)缺(que)點，爲了(le)充分發揮(hui)它們(men)的優(you)點，盡(jin)量避(bi)免它們的(de)缺點(dian)，70年代(dai)以來(lai)，人們(men)開始(shi)采用(yong)低頻(pin)方波(bo)勵磁方式(shi)．它的(de)勵磁電流波形(xing)如圖(tu)3—19所示(shi)，其頻率通(tong)常爲工頻(pin)的1／4－l／10．
圖(tu)3－19方波(bo)勵磁電流波形(xing)
從圖3－19可(ke)見(jian)，在半(ban)個周期(qi)内，磁場(chang)是恒(heng)穩的直流(liu)磁場，它具(ju)有直流勵(li)磁的特點(dian)，受電磁(ci)幹(gan)擾影(ying)響很(hen)小(xiao)．從整個(ge)時間過程(cheng)看，方(fang)波信(xin)号又是一(yi)個交變(bian)的(de)信号，所以(yi)它能克服(fu)直流(liu)勵滋(zi)易産(chan)生的(de)極(ji)化現象(xiang)．因此(ci)，低頻(pin)方波(bo)勵磁(ci)是一種比(bi)較好的勵(li)磁方式，目前已在
電(dian)磁流量計
上廣(guang)泛的(de)應用．概括(kuo)一下，
電磁(ci)流量計
具有如(ru)下幾(ji)個優點(dian)：
①
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
能避免交(jiao)流磁(ci)場的(de)正交(jiao)電磁(ci)幹擾(rao)；
②
電磁(ci)流量計
消(xiao)除由(you)分布電容引起(qi)的工(gong)頻(pin)幹(gan)擾；
③
電(dian)磁流(liu)量(liang)計(ji)
抑制(zhi)交流磁場在管壁和流體内部(bu)引起的電渦流；
④
電磁(ci)流(liu)量計
排(pai)除直流勵(li)磁的(de)極化(hua)現象．
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