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電磁流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理
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電磁(ci)流量計(ji)
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是(shi)20世紀50~60年(nian)代随着(zhe)電子技(ji)術的發(fa)展而迅(xun)速發展(zhan)起來的(de)新🔴型㊙️流(liu)量測量(liang)儀表。
電(dian)磁流量(liang)計
是根(gen)據法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律制成(cheng)的，
電磁(ci)流量計(ji)
用來測(ce)量導電(dian)液體體(ti)積流量(liang)的儀表(biao)。由于其(qi)獨特的(de)優點，
電(dian)磁流量(liang)計
目前(qian)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(liu)量🤟測量(liang)，如各種(zhong)酸、堿、鹽(yan)等腐蝕(shi)性介質(zhi)；
電磁流(liu)量計
各(ge)種漿液(ye)流量測(ce)量，形成(cheng)了獨特(te)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(liang)部分組(zu)成。傳感(gan)器安裝(zhuang)在☎️工業(ye)過程管(guan)道上，它(ta)的作用(yong)是将流(liu)進管道(dao)内的液(ye)體體積(ji)流量值(zhi)線性地(di)變換成(cheng)感生電(dian)勢信号(hao)，并通過(guo)傳輸線(xian)将此信(xin)号送到(dao)轉換器(qi)。轉換器(qi)安✊裝在(zai)離傳🈚感(gan)器不太(tai)❄️遠的地(di)方，它将(jiang)傳感㊙️器(qi)送來的(de)流量信(xin)号進行(hang)放大，并(bing)轉換成(cheng)流量信(xin)号成正(zheng)比的🆚标(biao)準電信(xin)号🌈輸出(chu)，以進行(hang)顯示，累(lei)積和調(diao)節控制(zhi)。
電磁流(liu)量計
的(de)基本原(yuan)理
(一)測(ce)量原理(li)
根據法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)定律，當(dang)一導體(ti)在磁場(chang)中運動(dong)🔞切割磁(ci)力線時(shi)，在導體(ti)的兩端(duan)即産生(sheng)感生電(dian)勢e，其方(fang)🤩向由右(you)手定則(ze)确定，其(qi)大小與(yu)磁場的(de)磁感應(ying)強度B，導(dao)‼️體在磁(ci)🐅場内的(de)⛱️長度L及(ji)❌導體的(de)🌈運動速(su)度u成🏒正(zheng)比，如果(guo)B， L，u三者互(hu)相垂直(zhi)，則
e＝Blu (3－35)
與此(ci)相仿．在(zai)磁感應(ying)強度爲(wei)B的均勻(yun)磁場中(zhong)，垂直于(yu)磁場方(fang)向放一(yi)個内徑(jing)爲D的不(bu)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(dian)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(jing)兩端安(an)裝一對(dui)電極(圖(tu)3—17)則可以(yi)證明，隻(zhi)要管道(dao)内流速(su)分布爲(wei)軸對稱(cheng)分布，兩(liang)電極之(zhi)間也特(te)産生感(gan)生電動(dong)勢：
e＝BD (3－36)
式中(zhong)，爲管道(dao)截面上(shang)的平均(jun)流速．由(you)此可得(de)管道的(de)🏃🏻體積流(liu)量爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由(you)上式可(ke)見，體積(ji)流量qv與(yu)感應電(dian)動勢e和(he)測量管(guan)内徑D成(cheng)線性💁關(guan)系，與磁(ci)場的磁(ci)感應強(qiang)度B成反(fan)比，與其(qi)它物㊙️理(li)參數無(wu)關．這就(jiu)是
電磁(ci)流量計(ji)
的測量(liang)原理．
需(xu)要說明(ming)的是，要(yao)使式（3—37）嚴(yan)格成立(li)，必須使(shi)測量條(tiao)件滿足(zu)下列假(jia)定：
①磁場(chang)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(ce)液體是(shi)非磁性(xing)的；
④被測(ce)液體的(de)電導率(lü)均勻且(qie)各向同(tong)性。
圖3－17電(dian)磁流量(liang)計原理(li)簡圖
1－磁(ci)極；2－電極(ji)；3－管道
(二(er))勵磁方(fang)式
勵磁(ci)方式即(ji)産生磁(ci)場的方(fang)式．由前(qian)述可知(zhi)，爲使式(shi)🐆(3—37)嚴格成(cheng)立，第一(yi)個必須(xu)滿足的(de)條件就(jiu)是要有(you)一個均(jun)勻恒定(ding)的磁場(chang)．爲此，就(jiu)需要選(xuan)擇一種(zhong)合适的(de)勵磁方(fang)式。目前(qian)，一般有(you)三種勵(li)碰方式(shi)，即直流(liu)勵磁、交(jiao)流勵磁(ci)和低頻(pin)方波勵(li)磁．現分(fen)别予以(yi)介紹．
1．直(zhi)流勵磁(ci)
直流勵(li)磁方式(shi)用直流(liu)電産生(sheng)磁場或(huo)采用永(yong)久磁鐵(tie)，它能産(chan)生👨❤️👨一個(ge)恒定的(de)均勻磁(ci)場．這種(zhong)直流勵(li)磁變送(song)器的❌最(zui)大優點(dian)是受交(jiao)流電磁(ci)場幹擾(rao)影響很(hen)小，因而(er)可以忽(hu)略液體(ti)中的自(zi)感現象(xiang)的影響(xiang)．但是，使(shi)用直流(liu)磁場易(yi)使✏️通過(guo)測量管(guan)道的電(dian)解質液(ye)體被極(ji)化，即電(dian)解質在(zai)電場中(zhong)被電解(jie)，産♻️生正(zheng)負離子(zi)．在電場(chang)力的作(zuo)用下，負(fu)離子跑(pao)🐕向正極(ji)，正離子(zi)跑向負(fu)極．如圖(tu)3—18所示．這(zhe)🍓樣，将導(dao)緻正負(fu)電極分(fen)别被相(xiang)反極性(xing)的離子(zi)所包圍(wei)🔅，嚴重影(ying)響
電磁(ci)流量計(ji)
的正常(chang)工作．所(suo)以，直流(liu)勵磁一(yi)般隻用(yong)于測量(liang)非電解(jie)質液體(ti)，如液态(tai)金屬等(deng)．
圖3－18直流(liu)勵磁方(fang)式
2．交流(liu)勵磁
目(mu)前，工業(ye)上使用(yong)的
電磁(ci)流量計(ji)
，大都采(cai)用工頻(pin)(50Hz)電源交(jiao)流勵磁(ci)方式，即(ji)它的磁(ci)場是由(you)正弦交(jiao)變電流(liu)産生的(de)，所以産(chan)生的磁(ci)場也是(shi)一🥰個交(jiao)變磁場(chang)．交變磁(ci)場變送(song)器的主(zhu)要優點(dian)是消除(chu)了電極(ji)表面的(de)極化于(yu)擾．另外(wai)，由于磁(ci)場是交(jiao)變的😄，所(suo)以輸出(chu)信号也(ye)是交變(bian)信号，放(fang)大和轉(zhuan)換低電(dian)平的交(jiao)流信号(hao)要比直(zhi)流信号(hao)容易得(de)多．
如果(guo)交流磁(ci)場的磁(ci)感應強(qiang)度爲
B＝Bm sint （3－38）
則(ze)電極上(shang)産生的(de)感生電(dian)動勢爲(wei)
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體(ti)積流量(liang)爲
qv= D （3－40）
式中(zhong)Bm――磁場磁(ci)感應強(qiang)度的最(zui)大值；
――勵(li)磁電流(liu)的角頻(pin)率，＝2f；
t――時間(jian)；
f――電源頻(pin)率．
由式(shi)(3－40)可知，當(dang)測量管(guan)内徑D不(bu)變，磁感(gan)應強度(du)Bm爲一定(ding)🏃🏻值時，兩(liang)⭐電極🤩上(shang)輸出的(de)感生電(dian)動勢e與(yu)流量qv成(cheng)正比👅．這(zhe)就🌍是交(jiao)流磁🌏場(chang)電磁流(liu)量變送(song)器的基(ji)本工作(zuo)原理．
值(zhi)得注意(yi)的是，用(yong)交流磁(ci)場會帶(dai)來一系(xi)列的電(dian)磁幹擾(rao)問題．例(li)如正交(jiao)幹擾．同(tong)相幹擾(rao)等，這些(xie)幹擾信(xin)号與有(you)用的流(liu)量信号(hao)混雜在(zai)一起．因(yin)此，如何(he)正确👅區(qu)分流量(liang)信号✔️與(yu)幹擾信(xin)号，并如(ru)何有效(xiao)地抑制(zhi)和排除(chu)各種幹(gan)擾信号(hao)📧，就成爲(wei)交流勵(li)磁
電磁(ci)流量計(ji)
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(jiao)流勵滋(zi)方式各(ge)有優缺(que)點，爲了(le)充分發(fa)揮它們(men)的優點(dian)，盡量避(bi)免它們(men)的缺點(dian)，70年代🈚以(yi)來，人們(men)🔞開始采(cai)用低頻(pin)方波勵(li)磁方式(shi)．它的勵(li)磁電流(liu)波形如(ru)圖😄3—19所示(shi)，其☁️頻率(lü)通常爲(wei)工頻的(de)1／4－l／10．
圖3－19方波(bo)勵磁電(dian)流波形(xing)
從圖3－19可(ke)見，在半(ban)個周期(qi)内，磁場(chang)是恒穩(wen)的直流(liu)磁場，它(ta)具有直(zhi)流勵磁(ci)的特點(dian)，受電磁(ci)幹擾影(ying)響很小(xiao)．從整個(ge)時間過(guo)程看，方(fang)波信号(hao)又是一(yi)個交變(bian)的信号(hao)，所以它(ta)✏️能克服(fu)直流勵(li)滋易産(chan)生的極(ji)化現象(xiang)．因此，低(di)頻方波(bo)勵磁是(shi)一種比(bi)較好的(de)勵磁方(fang)式，目前(qian)已在
電(dian)磁流量(liang)計
上廣(guang)泛的應(ying)用．概括(kuo)一下，
電(dian)磁流量(liang)計
具有(you)如下幾(ji)個優點(dian)：
①
電磁流(liu)量計
能(neng)避免交(jiao)流磁場(chang)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(qi)的工頻(pin)幹擾；
③
電(dian)磁流量(liang)計
抑制(zhi)交流磁(ci)場在管(guan)壁和流(liu)體内部(bu)引起的(de)電渦流(liu)；
④
電磁流(liu)量計
排(pai)除直流(liu)勵磁的(de)極化現(xian)象．
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