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電(diàn)磁流量(liàng)計的工(gong)作原理(li)
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電磁流(liú)量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡(jian)稱
EMF
）
是20世(shì)紀50~60年代(dai)随着電(diàn)子技術(shù)的發展(zhan)而迅速(su)發展起(qi)來✍️的新(xin)💃🏻型流量(liang)測量儀(yí)表。
電磁(ci)流量計(jì)
是根據(jù)法拉第(dì)電磁感(gǎn)應定律(lǜ)制成的(de)，
電磁流(liu)量計
用(yòng)來測量(liang)導電液(yè)體體積(ji)流量的(de)儀表。由(you)于其獨(dú)特的優(yōu)點，
電磁(ci)流量計(ji)
目前已(yǐ)廣泛地(di)被應用(yòng)于工業(ye)過程中(zhōng)各種導(dao)電液體(ti)的流量(liàng)測💋量，如(ru)各種酸(suan)、堿、鹽等(děng)腐蝕性(xìng)介質；
電(dian)磁流量(liàng)計
各種(zhong)漿液流(liú)量測量(liàng)，形成了(le)獨特的(de)應用領(lǐng)域。
在結(jie)構上，
電(diàn)磁流量(liang)計
由電(diàn)磁流量(liang)傳感器(qi)和轉換(huan)器兩部(bu)分組成(cheng)。傳感器(qi)安裝在(zai)工業🔴過(guò)程管道(dào)上，它的(de)作用是(shi)将流進(jin)管道内(nei)的液體(ti)體積流(liú)量值線(xian)性地變(biàn)換成感(gan)生電勢(shi)信号，并(bing)通過傳(chuan)輸線将(jiāng)此㊙️信号(hào)送❗到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器安(ān)裝在離(lí)傳⭐感器(qi)不太♻️遠(yuan)的地方(fang)💋，它将傳(chuan)感器送(song)來的流(liu)量信号(hào)進行放(fang)大，并轉(zhuan)換成流(liú)量信号(hào)成正比(bi)的⛱️标準(zhun)電信号(hao)輸出，以(yi)進行顯(xian)示，累積(jī)和調節(jie)控㊙️制。
電(diàn)磁流量(liàng)計
的基(jī)本原理(li)
(一)測量(liang)原理
根(gen)據法拉(lā)第電磁(ci)感應定(ding)律，當一(yi)導體在(zài)磁場中(zhong)運♋動切(qiē)割磁力(lì)線時，在(zài)導體的(de)兩端即(jí)産生感(gǎn)生電勢(shi)e，其方向(xiang)由右手(shou)定則确(que)定，其大(da)小與磁(cí)場的磁(cí)感應強(qiáng)度B，導體(ti)在磁⛱️場(chǎng)内的長(zhǎng)度L及導(dao)體的運(yun)動速度(dù)u成正比(bi)，如果B， L，u三(san)者互相(xiang)垂直，則(zé)
e＝Blu (3－35)
與此相(xiang)仿．在磁(ci)感應強(qiang)度爲B的(de)均勻磁(ci)場中，垂(chuí)直于磁(ci)♉場方向(xiàng)放🥰一個(ge)内徑爲(wei)D的不導(dǎo)磁管道(dào)，當導電(diàn)液🥰體在(zai)管道中(zhong)以流速(sù)u流動時(shí)，導電流(liu)體就切(qiē)割磁力(li)♍線．如果(guo)在管道(dao)截面上(shàng)垂直于(yu)💋磁場的(de)直徑兩(liǎng)端安裝(zhuāng)一對電(dian)極(圖3—17)則(zé)可以證(zheng)明，隻要(yào)管道内(nei)流速分(fen)布🔅爲軸(zhou)對稱分(fen)🔴布，兩電(diàn)極之間(jian)也特産(chǎn)生♊感生(shēng)電動勢(shi)👨❤️👨：
e＝BD (3－36)
式中，爲(wèi)管道截(jie)面上的(de)平均流(liu)速．由此(cǐ)可得管(guǎn)道的體(ti)積🔞流量(liàng)🏃🏻爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上(shàng)式可見(jiàn)，體積流(liú)量qv與感(gǎn)應電動(dong)勢e和測(ce)量管内(nèi)徑🧡D成線(xiàn)性關系(xì)，與磁場(chǎng)的磁感(gan)應強度(dù)B成反比(bi)，與其它(ta)物理參(cān)數無關(guān)．這就是(shi)
電磁流(liu)量計
的(de)測量原(yuán)理．
需要(yào)說明的(de)是，要使(shi)式（3—37）嚴格(gé)成立，必(bi)須使測(ce)量條件(jian)❗滿✉️足下(xià)列假定(dìng)：
①磁場是(shi)均勻分(fèn)布的恒(heng)定磁場(chang)；
②被測流(liú)體的流(liu)速軸對(duì)稱分布(bù)；
③被測液(yè)體是非(fēi)磁性的(de)；
④被測液(yè)體的電(dian)導率均(jun1)勻且各(ge)向同性(xing)。
圖3－17電磁(cí)流量計(ji)原理簡(jiǎn)圖
1－磁極(ji)；2－電極；3－管(guan)道
(二)勵(lì)磁方式(shì)
勵磁方(fang)式即産(chǎn)生磁場(chǎng)的方式(shi)．由前述(shù)可知，爲(wei)使式(3—37)嚴(yan)格成立(lì)，第一個(ge)必須滿(man)足的條(tiáo)件就是(shi)要有一(yī)個🔞均勻(yun)恒定的(de)磁💋場．爲(wei)此，就需(xu)要選擇(zé)一種合(hé)适的勵(li)磁方式(shi)。目前，一(yi)般有三(sān)種勵碰(pèng)方式，即(ji)⭐直流勵(li)磁、交流(liu)勵磁和(he)低頻方(fang)波勵磁(cí)．現分别(bié)予以介(jie)紹．
1．直流(liu)勵磁
直(zhí)流勵磁(cí)方式用(yong)直流電(diàn)産生磁(cí)場或采(cǎi)用永久(jiu)磁鐵😄，它(tā)能産生(shēng)一個恒(heng)定的均(jun)勻磁場(chang)．這種直(zhi)流勵磁(cí)變送器(qi)的最大(da)優點是(shì)受💘交流(liu)電磁場(chang)幹擾影(ying)響很小(xiǎo)，因而可(ke)以忽略(luè)液體中(zhōng)的自感(gǎn)現象的(de)影響．但(dan)是，使用(yòng)直流磁(cí)場易使(shi)通過測(cè)量管道(dào)的電解(jiě)質液體(tǐ)♋被極化(hua)，即電解(jie)質在電(dian)場中被(bèi)電解，産(chan)🈲生正負(fu)離子．在(zài)電場力(li)的作用(yong)下，負離(lí)子跑向(xiang)正極，正(zheng)離子🌏跑(pao)向負極(ji)．如圖3—18所(suo)示．這樣(yang)，将導緻(zhì)正負電(dian)極分别(bié)被相反(fan)極🚶性的(de)離子所(suo)包圍，嚴(yan)重影響(xiang)
電磁流(liú)量計
的(de)正常工(gong)作．所以(yi)，直流勵(li)磁一般(bān)隻用于(yú)測量非(fēi)電解質(zhi)液體‼️，如(ru)📐液态金(jin)屬等．
圖(tú)3－18直流勵(lì)磁方式(shi)
2．交流勵(li)磁
目前(qian)，工業上(shang)使用的(de)
電磁流(liú)量計
，大(dà)都采用(yòng)工頻(50Hz)電(diàn)源交流(liú)勵磁方(fāng)式，即它(tā)的磁場(chang)是由正(zhèng)弦交變(bian)電流産(chǎn)生的，所(suǒ)以産生(shēng)的磁場(chǎng)也是一(yi)⛱️個交變(biàn)磁場．交(jiao)變磁🤟場(chang)變送器(qi)的主要(yao)優點是(shi)消除了(le)電極表(biao)面的極(jí)化于擾(rao)．另外，由(you)于磁場(chang)是交變(biàn)的，所以(yǐ)輸出信(xìn)号也是(shi)交變信(xìn)号，放大(da)和轉換(huan)低電平(ping)㊙️的交流(liu)信号要(yào)比直流(liú)信号容(róng)易得多(duō)😍．
如果交(jiao)流磁場(chǎng)的磁感(gan)應強度(du)爲
B＝Bm sint （3－38）
則電(dian)極上産(chǎn)生的感(gan)生電動(dòng)勢爲
e＝Bm Dsint （3－39）
被(bèi)測體積(ji)流量爲(wèi)
qv= D （3－40）
式中Bm――磁(ci)場磁感(gan)應強度(dù)的最大(da)值；
――勵磁(cí)電流的(de)角頻率(lǜ)，＝2f；
t――時間；
f――電(diàn)源頻率(lü)．
由式(3－40)可(ke)知，當測(cè)量管内(nei)徑D不變(bian)，磁感應(ying)強度Bm爲(wèi)一定值(zhí)時，兩🛀🏻電(dian)🛀🏻極上輸(shū)出的感(gan)生電動(dòng)勢e與流(liú)量qv成正(zhèng)比．這就(jiu)💜是交流(liú)磁場電(diàn)磁流量(liang)變送器(qi)的基本(ben)工作原(yuán)理．
值得(dé)注意的(de)是，用交(jiao)流磁場(chang)會帶來(lai)一系列(liè)的電磁(cí)幹擾問(wèn)題✉️．例如(rú)正交幹(gàn)擾．同相(xiang)幹擾等(děng)，這些幹(gàn)擾信💃号(hao)與👅有用(yòng)的流量(liang)信号混(hùn)雜在一(yi)起．因此(cǐ)，如何正(zhèng)确🔞區分(fèn)流量信(xin)号🍓與幹(gàn)擾信号(hao)，并如何(he)有效地(di)抑制和(hé)排除各(ge)種幹擾(rǎo)信号🍓，就(jiu)成爲交(jiāo)流勵磁(cí)
電磁流(liú)量計
研(yan)制的重(zhong)要課題(ti)。
3．低頻方(fāng)波勵磁(cí)
直流勵(lì)磁方式(shi)和交流(liu)勵滋方(fang)式各有(you)優缺點(dian)，爲了充(chong)分發揮(hui)它們的(de)優點，盡(jin)量避免(mian)它們的(de)缺點，70年(nian)代以來(lái)，人們開(kai)始🤞采用(yòng)低頻方(fāng)波勵磁(cí)方式．它(ta)的勵磁(ci)⭐電流波(bo)形如圖(tú)3—19所示，其(qí)頻率通(tong)常爲工(gōng)頻的1／4－l／10．
圖(tu)3－19方波勵(li)磁電流(liu)波形
從(cóng)圖3－19可見(jian)，在半個(ge)周期内(nèi)，磁場是(shi)恒穩的(de)直流磁(ci)場，它具(jù)有直流(liu)勵磁的(de)特點，受(shou)電磁幹(gàn)擾影響(xiang)很小．從(cóng)整個🚶♀️時(shí)間過程(cheng)看，方🔞波(bo)信号又(you)是一個(ge)交變的(de)信号，所(suo)以它能(néng)克服直(zhi)流勵滋(zi)易産生(shēng)的極化(hua)現象．因(yin)此，低頻(pín)方波勵(li)磁是一(yī)💔種比較(jiao)好🌍的勵(lì)磁方🐆式(shì)，目前已(yi)在
電磁(cí)流量計(jì)
上廣泛(fàn)的應用(yòng)．概括一(yī)下，
電磁(ci)流量計(jì)
具有如(rú)下幾個(ge)優點：
①
電(dian)磁流量(liàng)計
能避(bì)免交流(liú)磁場的(de)正交電(diàn)磁幹擾(rǎo)；
②
電磁流(liu)量計
消(xiāo)除由分(fèn)布電容(rong)引起的(de)工頻幹(gan)擾；
③
電磁(ci)流量計(jì)
抑制交(jiao)流磁場(chǎng)在管壁(bì)和流體(ti)内部引(yǐn)起的電(dian)渦流；
④
電(diàn)磁流量(liang)計
排除(chú)直流勵(li)磁的極(jí)化現象(xiàng)．
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