電(dian)磁流(liu)量計(ji)
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱(cheng)
EMF
）
是20世(shi)紀50~60年(nian)代随(sui)着電(dian)子技(ji)術的(de)發展(zhan)而迅(xun)速發(fa)展起(qi)來🏃的(de)新型(xing)流👅量(liang)測量(liang)儀表(biao)。
電磁(ci)流量(liang)計
是(shi)根據(ju)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律制(zhi)成的(de)，
電磁(ci)流量(liang)計
用(yong)來測(ce)量導(dao)電液(ye)體體(ti)積流(liu)量的(de)儀表(biao)。由于(yu)其獨(du)特的(de)優點(dian)，
電磁(ci)流量(liang)計
目(mu)前已(yi)廣泛(fan)地被(bei)應用(yong)于工(gong)業過(guo)程中(zhong)各種(zhong)導電(dian)液體(ti)💯的流(liu)量測(ce)量，如(ru)各種(zhong)酸、堿(jian)、鹽等(deng)腐蝕(shi)性介(jie)質；
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
各種(zhong)漿液(ye)流量(liang)測量(liang)，形成(cheng)了獨(du)特的(de)應用(yong)領域(yu)。
在結(jie)構上(shang)，
電磁(ci)流量(liang)計
由(you)電磁(ci)流量(liang)傳感(gan)器和(he)轉換(huan)器兩(liang)部分(fen)組成(cheng)。傳感(gan)器安(an)裝✉️在(zai)工業(ye)過程(cheng)管道(dao)上，它(ta)的作(zuo)用是(shi)将流(liu)進管(guan)道内(nei)的液(ye)體體(ti)積流(liu)量值(zhi)線性(xing)地變(bian)換成(cheng)感生(sheng)電勢(shi)信号(hao)，并通(tong)過傳(chuan)輸♈線(xian)将此(ci)信号(hao)送到(dao)轉換(huan)器。轉(zhuan)換器(qi)安裝(zhuang)在離(li)傳🔆感(gan)器不(bu)太遠(yuan)的地(di)方，它(ta)将傳(chuan)感器(qi)送來(lai)的流(liu)量信(xin)号進(jin)行放(fang)大，并(bing)轉🐪換(huan)成流(liu)量信(xin)号成(cheng)正比(bi)的💞标(biao)準電(dian)信号(hao)輸出(chu)，以進(jin)行顯(xian)示，累(lei)積和(he)調節(jie)控制(zhi)。
電磁(ci)流量(liang)計
的(de)基本(ben)原理(li)
(一)測(ce)量原(yuan)理
根(gen)據法(fa)拉第(di)電磁(ci)感應(ying)定律(lü)，當一(yi)導體(ti)在磁(ci)場中(zhong)運動(dong)❌切割(ge)磁力(li)線時(shi)，在導(dao)體的(de)兩端(duan)即産(chan)生感(gan)生電(dian)勢💔e，其(qi)方向(xiang)由右(you)手定(ding)則确(que)定，其(qi)大小(xiao)與磁(ci)場的(de)磁感(gan)應強(qiang)度B，導(dao)體在(zai)磁場(chang)内的(de)長度(du)L及導(dao)體的(de)運動(dong)速度(du)u成正(zheng)比，如(ru)果B， L，u三(san)者互(hu)相垂(chui)直，則(ze)
e＝Blu (3－35)
與此(ci)相仿(pang)．在磁(ci)感應(ying)強度(du)爲B的(de)均勻(yun)磁場(chang)中，垂(chui)直于(yu)磁場(chang)⭐方向(xiang)‼️放一(yi)個内(nei)徑爲(wei)D的不(bu)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(dao)電流(liu)體就(jiu)切割(ge)磁力(li)線．如(ru)果在(zai)管道(dao)截面(mian)上垂(chui)直于(yu)磁場(chang)的直(zhi)徑兩(liang)端安(an)裝一(yi)對電(dian)極(圖(tu)3—17)則可(ke)以證(zheng)明，隻(zhi)㊙️要管(guan)道内(nei)流速(su)分布(bu)爲軸(zhou)對稱(cheng)分布(bu)，兩電(dian)極之(zhi)間也(ye)特産(chan)生感(gan)生電(dian)動勢(shi)：
e＝BD (3－36)
式中(zhong)，爲管(guan)道截(jie)面上(shang)的平(ping)均流(liu)速．由(you)此可(ke)得管(guan)道的(de)體積(ji)流量(liang)爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由(you)上式(shi)可見(jian)，體積(ji)流量(liang)qv與感(gan)應電(dian)動勢(shi)e和測(ce)量管(guan)内徑(jing)D成線(xian)性關(guan)系，與(yu)磁場(chang)的磁(ci)感應(ying)強度(du)B成反(fan)比，與(yu)其它(ta)物理(li)參數(shu)無關(guan)．這就(jiu)是
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
的測(ce)量原(yuan)理．
需(xu)要說(shuo)明的(de)是，要(yao)使式(shi)（3—37）嚴格(ge)成立(li)，必須(xu)使測(ce)量條(tiao)件滿(man)足下(xia)列假(jia)👣定：
①磁(ci)場是(shi)均勻(yun)分布(bu)的恒(heng)定磁(ci)場；
②被(bei)測流(liu)體的(de)流速(su)軸對(dui)稱分(fen)布；
③被(bei)測液(ye)體是(shi)非磁(ci)性的(de)；
④被測(ce)液體(ti)的電(dian)導率(lü)均勻(yun)且各(ge)向同(tong)性。
圖(tu)3－17電磁(ci)流量(liang)計原(yuan)理簡(jian)圖
1－磁(ci)極；2－電(dian)極；3－管(guan)道
(二(er))勵磁(ci)方式(shi)
勵磁(ci)方式(shi)即産(chan)生磁(ci)場的(de)方式(shi)．由前(qian)述可(ke)知，爲(wei)使式(shi)(3—37)嚴格(ge)成立(li)，第一(yi)個必(bi)須滿(man)足的(de)條件(jian)就是(shi)要有(you)一個(ge)均勻(yun)恒定(ding)的磁(ci)場．爲(wei)此，就(jiu)㊙️需要(yao)選擇(ze)一種(zhong)合适(shi)的勵(li)磁方(fang)式。目(mu)前，一(yi)⭐般有(you)三種(zhong)勵碰(peng)方式(shi)，即直(zhi)流勵(li)磁、交(jiao)流勵(li)磁和(he)低頻(pin)方波(bo)勵磁(ci)．現分(fen)别予(yu)以介(jie)紹．
1．直(zhi)流勵(li)磁
直(zhi)流勵(li)磁方(fang)式用(yong)直流(liu)電産(chan)生磁(ci)場或(huo)采用(yong)永久(jiu)磁鐵(tie)，它🈲能(neng)産♊生(sheng)一個(ge)恒定(ding)的均(jun)勻磁(ci)場．這(zhe)種直(zhi)流勵(li)磁🥵變(bian)送器(qi)的最(zui)大優(you)點是(shi)受交(jiao)流電(dian)磁場(chang)幹擾(rao)影響(xiang)很小(xiao)，因而(er)㊙️可以(yi)忽略(lue)液體(ti)中的(de)自感(gan)現象(xiang)的影(ying)響．但(dan)是，使(shi)用直(zhi)流㊙️磁(ci)場易(yi)使通(tong)過測(ce)量管(guan)道的(de)電解(jie)質液(ye)體🚶♀️被(bei)極化(hua)，即電(dian)解質(zhi)在電(dian)場中(zhong)被電(dian)解，産(chan)生正(zheng)負離(li)子．在(zai)電場(chang)力的(de)作用(yong)下，負(fu)離子(zi)跑向(xiang)正極(ji)，正離(li)子跑(pao)向負(fu)極．如(ru)圖🈲3—18所(suo)示．這(zhe)樣，将(jiang)導緻(zhi)正負(fu)電極(ji)分别(bie)被相(xiang)反極(ji)性的(de)離子(zi)所包(bao)圍，嚴(yan)重影(ying)響
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
的正(zheng)常工(gong)作．所(suo)以，直(zhi)流勵(li)磁一(yi)般隻(zhi)用于(yu)測量(liang)非電(dian)解質(zhi)液體(ti)，如液(ye)态金(jin)屬等(deng)．
圖3－18直(zhi)流勵(li)磁方(fang)式
2．交(jiao)流勵(li)磁
目(mu)前，工(gong)業上(shang)使用(yong)的
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
，大都(dou)采用(yong)工頻(pin)(50Hz)電源(yuan)交流(liu)勵磁(ci)方式(shi)，即它(ta)的磁(ci)場是(shi)由🔞正(zheng)弦☁️交(jiao)變電(dian)流産(chan)生的(de)，所以(yi)産生(sheng)的磁(ci)場也(ye)是一(yi)個交(jiao)變磁(ci)場．交(jiao)變磁(ci)場變(bian)送器(qi)的主(zhu)要優(you)點是(shi)消除(chu)了電(dian)極表(biao)面的(de)極化(hua)于擾(rao)．另外(wai)，由于(yu)磁場(chang)是交(jiao)變的(de)，所以(yi)輸出(chu)信号(hao)也是(shi)交變(bian)信号(hao)，放大(da)和轉(zhuan)換低(di)電平(ping)的交(jiao)流信(xin)号要(yao)比直(zhi)流信(xin)号容(rong)易得(de)多．
如(ru)果交(jiao)流磁(ci)場的(de)磁感(gan)應強(qiang)度爲(wei)
B＝Bm sint （3－38）
則電(dian)極上(shang)産生(sheng)的感(gan)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）
式中(zhong)Bm――磁場(chang)磁感(gan)應強(qiang)度的(de)最大(da)值；
――勵(li)磁電(dian)流的(de)角頻(pin)率，＝2f；
t――時(shi)間；
f――電(dian)源頻(pin)率．
由(you)式(3－40)可(ke)知，當(dang)測量(liang)管内(nei)徑D不(bu)變，磁(ci)感應(ying)強度(du)Bm爲一(yi)定值(zhi)時，兩(liang)電☀️極(ji)🈲上輸(shu)出的(de)感生(sheng)電動(dong)勢e與(yu)流量(liang)qv成正(zheng)比．這(zhe)就是(shi)交流(liu)磁場(chang)電磁(ci)流量(liang)變送(song)器的(de)基本(ben)工作(zuo)原理(li)．
值得(de)注意(yi)的是(shi)，用交(jiao)流磁(ci)場會(hui)帶來(lai)一系(xi)列的(de)電磁(ci)幹擾(rao)☁️問題(ti)．例如(ru)正交(jiao)幹擾(rao)．同相(xiang)幹擾(rao)等，這(zhe)些幹(gan)擾信(xin)号與(yu)有用(yong)的流(liu)💰量信(xin)号混(hun)🔞雜在(zai)一起(qi)．因此(ci)，如何(he)正确(que)區分(fen)流量(liang)信号(hao)與幹(gan)擾信(xin)号，并(bing)‼️如何(he)有🥵效(xiao)地抑(yi)制和(he)排除(chu)各種(zhong)幹擾(rao)信号(hao)，就成(cheng)爲交(jiao)🏃♂️流勵(li)磁
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
研制(zhi)的重(zhong)要課(ke)題。
3．低(di)頻方(fang)波勵(li)磁
直(zhi)流勵(li)磁方(fang)式和(he)交流(liu)勵滋(zi)方式(shi)各有(you)優缺(que)點，爲(wei)了🔞充(chong)🐇分發(fa)揮它(ta)們的(de)優點(dian)，盡量(liang)避免(mian)它們(men)的缺(que)點，70年(nian)代以(yi)來，人(ren)們開(kai)始㊙️采(cai)用💋低(di)頻方(fang)波勵(li)磁方(fang)式．它(ta)的勵(li)磁電(dian)流波(bo)🤩形如(ru)圖3—19所(suo)示，其(qi)頻率(lü)通常(chang)爲工(gong)頻的(de)1／4－l／10．
圖3－19方(fang)波勵(li)磁電(dian)流波(bo)形
從(cong)圖3－19可(ke)見，在(zai)半個(ge)周期(qi)内，磁(ci)場是(shi)恒穩(wen)的直(zhi)流磁(ci)場🔞，它(ta)具有(you)直流(liu)勵磁(ci)的特(te)點，受(shou)電磁(ci)幹擾(rao)影響(xiang)很小(xiao)．從整(zheng)個時(shi)間過(guo)程看(kan)，方波(bo)信号(hao)又是(shi)一個(ge)交變(bian)的信(xin)号，所(suo)以它(ta)能克(ke)服直(zhi)流勵(li)滋易(yi)産生(sheng)的極(ji)化現(xian)象．因(yin)此，低(di)頻方(fang)波🙇♀️勵(li)磁是(shi)一種(zhong)比較(jiao)好🥵的(de)勵磁(ci)方式(shi)，目前(qian)已在(zai)
電磁(ci)流量(liang)計
上(shang)廣泛(fan)的應(ying)用．概(gai)括一(yi)下，
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
具有(you)如下(xia)幾個(ge)優點(dian)：
①
電磁(ci)流量(liang)計
能(neng)避免(mian)交流(liu)磁場(chang)的正(zheng)交電(dian)磁幹(gan)擾；
②
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
消除(chu)由分(fen)布電(dian)容引(yin)起的(de)工頻(pin)幹擾(rao)；
③
電磁(ci)流量(liang)計
抑(yi)制交(jiao)流磁(ci)場在(zai)管壁(bi)和流(liu)體内(nei)部引(yin)起的(de)電渦(wo)流；
④
電(dian)磁流(liu)量計(ji)
排除(chu)直流(liu)勵磁(ci)的極(ji)化現(xian)象．
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