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電磁流量(liang)計的工作原理

電(diàn)磁流量計 （ Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF 是(shì)20世紀50~60年代随着電(dian)子技術的發展而(ér)迅速發展起來💔的(de)新型🤞流🤟量測量儀(yi)表。 電磁流量計 是(shì)根據法拉第電磁(ci)感應定律制成的(de)， 電磁流量計 用來(lái)測量導電液體體(ti)積流量的儀表。由(yóu)于其獨特的優點(dian)， 電磁流量計 目前(qian)已廣泛地被應用(yong)于工業過程中各(gè)種導電液體的流(liú)💔量㊙️測🔱量，如各種酸(suān)、堿、鹽等腐蝕性介(jie)質； 電磁流量計 各(ge)種漿液流量測量(liàng)，形成了獨特的應(yīng)用領域。
在結構上(shang)， 電磁流量計 由電(dian)磁流量傳感器和(he)轉換器兩部分組(zu)成。傳感器🥵安裝在(zài)工業過程管道上(shang)，它的作用是将流(liú)進管道内的液體(tǐ)體積❓流量值線性(xìng)地變換成感生電(diàn)勢信号，并通過傳(chuan)輸線将此🍉信号送(song)到轉換器。轉換器(qì)安裝在離傳㊙️感器(qì)不太🙇🏻遠的地方💰，它(ta)将傳感🔞器送來的(de)流量信号進😘行放(fàng)大，并轉換成流量(liang)信号成正比的📐标(biao)準電信号🥰輸出，以(yi)進行顯示，累積和(he)調節控制。
電磁流(liu)量計 的基本原理(lǐ)
(一)測量原理
根據(ju)法拉第電磁感應(yīng)定律，當一導體在(zài)磁場中運動切🍓割(gē)磁力線時，在導體(tǐ)的兩端即産生感(gan)生電勢e，其方向由(yóu)右手定則确定🌍，其(qí)大小與磁場的磁(ci)感應強度B，導體在(zai)磁場内的❗長度L及(ji)導體的運動速度(dù)u成⛷️正比，如果B， L，u三者(zhe)互相⭐垂直，則
e＝Blu       (3－35)
與此(ci)相仿．在磁感應強(qiang)度爲B的均勻磁場(chang)中，垂直于💃🏻磁場方(fang)向放☎️一個内徑爲(wèi)D的不導磁管道，當(dang)導電液❌體在管道(dào)中以流速u流動時(shi)，導電流體就切割(gē)磁力線．如果在管(guǎn)道截面上垂直于(yú)磁場的直徑兩端(duān)安📱裝一對電🏃‍♂️極(圖(tu)3—17)則可以證明，隻要(yào)管道内流速分布(bu)爲軸對稱分布，兩(liǎng)電極之間也特産(chan)生感生電動勢：
e＝BD        (3－36)
式(shì)中，爲管道截面上(shang)的平均流速．由此(ci)可得管道的體積(jī)流量爲：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由上式可(ke)見，體積流量qv與感(gǎn)應電動勢e和測量(liàng)管内徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感(gan)應強度B成反比，與(yu)其它物理參數無(wu)關．這就是 電磁流(liu)量計 的測量原理(li)．
需要說明的是，要(yào)使式（3—37）嚴格成立，必(bi)須使測量條件滿(man)足下列假定：
①磁場(chang)是均勻分布的恒(heng)定磁場；
②被測流體(ti)的流速軸對稱分(fèn)布；
③被測液體是非(fēi)磁性的；
④被測液體(tǐ)的電導率均勻且(qie)各向同性。
圖3－17電磁(cí)流量計原理簡圖(tu)
1－磁極；2－電極；3－管道
(二(èr))勵磁方式
勵磁方(fāng)式即産生磁場的(de)方式．由前述可知(zhī)，爲使式(3—37)嚴格成立(li)，第一個必須滿足(zu)的條件就是要有(you)一個均勻恒定的(de)磁場．爲此，就🐅需要(yao)選擇一種合适的(de)勵磁方式。目前，一(yi)般有三種勵碰方(fang)式，即直流勵磁、交(jiao)流勵磁和低頻方(fang)波💯勵磁．現分别予(yu)以介紹．
1．直流勵磁(ci)
直流勵磁方式用(yòng)直流電産生磁場(chǎng)或采用永久磁鐵(tiě)，它能🈲産生一個恒(héng)定的均勻磁場．這(zhe)種直流勵磁變送(song)器的最大優點⁉️是(shi)受交流電磁場幹(gàn)擾影響很小，因而(ér)可以忽略液體😘中(zhōng)的自感現象的影(yǐng)響．但是，使用直流(liu)磁場易使通過測(ce)量🤟管道的電解質(zhi)液體🤩被極化，即電(dian)解質在電場中被(bei)電解，産📱生正負離(lí)子．在電場力的作(zuo)用下，負離子跑向(xiang)正極，正離子跑向(xiàng)負極．如圖3—18所示．這(zhè)樣，将導💛緻正負電(dian)極分别被相反極(ji)性的離子所包圍(wéi)👌，嚴重影響 電磁流(liu)量計 的正常工作(zuo)．所以，直流勵磁一(yi)般隻用于測量非(fei)電解質液體，如液(ye)态金屬等．
圖3－18直流(liú)勵磁方式
2．交流勵(li)磁
目前，工業上使(shi)用的 電磁流量計(ji) ，大都采用工頻(50Hz)電(diàn)源交流勵磁方式(shi)，即它的磁場是💃由(you)正弦交㊙️變電流産(chǎn)生的，所以産生的(de)磁場也是一個交(jiāo)變磁場．交變磁場(chǎng)變👌送器的主要優(you)點是消除了電極(ji)❄️表面的極化于擾(rǎo)．另外，由于磁場是(shi)交變的，所以輸出(chū)信号也是交變信(xin)号，放大和轉換低(dī)電平的交流信号(hao)要比直流信🈚号容(róng)易得多．
如果交流(liú)磁場的磁感應強(qiang)度爲
B＝Bm sint             （3－38）
則電極上産(chan)生的感生電動勢(shi)爲
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體積流量(liàng)爲
qv= D                  （3－40）
式中Bm――磁場磁感(gan)應強度的最大值(zhí)；
――勵磁電流的角頻(pín)率，＝2f；
t――時間；
f――電源頻率(lü)．
由式(3－40)可知，當測量(liàng)管内徑D不變，磁感(gan)應強度Bm爲一定值(zhí)時，兩👄電極上輸出(chu)的感生電動勢e與(yu)流量qv成正比．這就(jiu)是交流磁場電🔞磁(cí)流量變送器的基(ji)本工作原理．
值得(dé)注意的是，用交流(liú)磁場會帶來一系(xi)列的電磁幹🌏擾問(wèn)題．例如正交幹擾(rǎo)．同相幹擾等，這些(xiē)幹擾信号與有用(yong)的流量信号混雜(zá)在一起．因此，如何(he)正确區分流量信(xin)号與幹擾信号，并(bìng)🔅如何有效地抑制(zhì)和排除各種幹擾(rao)信号，就成爲交流(liu)勵磁 電磁流量計(ji) 研制的重要課題(ti)。
3．低頻方波勵磁
直(zhi)流勵磁方式和交(jiāo)流勵滋方式各有(yǒu)優缺點，爲了充分(fen)發揮🌐它們的優點(dian)，盡量避免它們的(de)缺點，70年代以來🌈，人(rén)們開始采用低頻(pín)方波勵磁方式．它(ta)的勵磁電流波形(xing)如圖💞3—19所示，其頻率(lü)通常爲工🍉頻的1／4－l／10．
圖(tú)3－19方波勵磁電流波(bō)形
從圖3－19可見，在半(ban)個周期内，磁場是(shi)恒穩的直流磁場(chang)，它具有直流勵磁(cí)的特點，受電磁幹(gan)擾影響很小．從整(zhěng)個時間過程☀️看，方(fāng)波信号又是一個(gè)交變的信号，所以(yi)它能克服直流勵(li)滋易産生的極㊙️化(hua)現象．因此，低頻方(fāng)波勵磁是一種比(bi)較好的勵磁方式(shì)，目前已在 電磁流(liu)量計 上廣泛的應(yīng)用．概括一下， 電磁(cí)流量計 具有如下(xià)幾個優點：
① 電磁流(liu)量計 能避免交流(liú)磁場的正交電磁(cí)幹擾；
②消除由分布電容(rong)引起的工頻幹擾(rǎo)；
③ 電磁流量計 抑制(zhi)交流磁場在管壁(bi)和流體内部引起(qi)的電渦流；
④ 電磁流(liu)量計 排除直流勵(li)磁的極化現象．


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