江蘇孝感尼蓝纺织制造有限责任公司

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電磁流(liú)量計的工作原(yuan)理

Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是20世紀50~60年(nián)代随着電子技(jì)術的發展而迅(xun)速發展起來的(de)新型流💛量測量(liang)儀表。 電磁流量(liàng)計 是根據法拉(la)第電磁感應定(dìng)律制成的， 電磁(ci)流量計 用來測(cè)量導電液體體(ti)積流量的儀表(biao)。由于其獨特⛱️的(de)優👄點， 電磁流量(liang)計 目前已廣泛(fàn)地被應用于工(gōng)業過程中各種(zhǒng)導電液體的流(liú)量測量，如各種(zhong)酸、堿、鹽等腐蝕(shí)性介質； 電磁流(liú)量計 各種漿液(ye)流量測量，形成(cheng)了獨特的應用(yong)領域。
在結構上(shàng)， 電磁流量計 由(yóu)電磁流量傳感(gan)器和轉換器兩(liǎng)部分組成。傳感(gǎn)器安裝在🐆工業(ye)過程管道上，它(ta)的作用是将流(liu)進管道内的液(yè)體體積流量🈲值(zhí)線性地變換成(chéng)感生電勢信号(hào)，并通♉過傳輸🚩線(xiàn)将此信号送到(dào)轉換❤️器。轉換器(qì)安裝在離傳感(gan)器不太遠的地(di)方🌈，它将傳感器(qi)送來的🌈流量信(xin)号進行放大，并(bing)轉換成流量信(xìn)号成正比的🐉标(biao)準電信号🏃輸🥵出(chu)，以進行顯示，累(lèi)積和調節控制(zhì)。
電磁流量計
(一)測(cè)量原理
根據法(fa)拉第電磁感應(yīng)定律，當一導體(tǐ)在磁場中運動(dong)切割磁力線時(shi)，在導體的兩端(duān)即産生感生電(dian)勢e，其方向由右(you)手定則确定，其(qí)大小與磁場的(de)磁感應強度B，導(dǎo)體在磁場内的(de)長度L及導體的(de)運動速度u成正(zheng)比，如果B， L，u三者互(hu)相垂直，則
e＝Blu       (3－35)
與此(ci)相仿．在磁感應(ying)強度爲B的均勻(yún)磁場中，垂直于(yú)磁場方向💚放一(yi)個内徑爲D的不(bú)導磁管道，當導(dǎo)電液體在管道(dao)❄️中以🈚流速u流動(dong)時，導電流體就(jiù)切割磁力🈚線．如(rú)果在管道🔞截面(miàn)上垂直于磁場(chǎng)的♈直徑兩端安(an)裝一對電極(圖(tú)3—17)則可以證明，隻(zhi)要管道内流速(su)分布爲軸對稱(cheng)分布，兩電極之(zhī)間也特産生感(gan)生電動勢：
e＝BD        (3－36)
式中(zhong)，爲管道截面上(shang)的平均流速．由(yóu)此可得管道的(de)體積流㊙️量爲：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由(you)上式可見，體積(jī)流量qv與感應電(dian)動勢e和測量管(guǎn)内🌈徑🔴D成線🌈性關(guan)系，與磁場的磁(ci)感應強度B成反(fǎn)比，與其🈲它物理(li)參數無關．這♊就(jiù)是 電磁流量計(jì) 的測量原理．
需(xū)要說明的是，要(yào)使式（3—37）嚴格成立(li)，必須使測量條(tiáo)件滿足下🚶‍♀️列假(jiǎ)定：
①磁場是均勻(yún)分布的恒定磁(cí)場；
②被測流體的(de)流速軸對稱分(fen)布；
③被測液體是(shi)非磁性的；
④被測(ce)液體的電導率(lü)均勻且各向同(tong)性。
圖3－17電磁流量(liang)計原理簡圖
1－磁(ci)極；2－電極；3－管道
(二(er))勵磁方式
勵磁(cí)方式即産生磁(ci)場的方式．由前(qián)述可知，爲使式(shi)(3—37)嚴⛹🏻‍♀️格成立，第一(yi)個必須滿足的(de)條件就是要有(you)一個均勻恒定(dìng)的磁場．爲🔴此，就(jiù)需要選擇一種(zhǒng)合适的勵🔴磁方(fang)式。目前，一般有(yǒu)三🚩種勵碰方式(shi)，即直流勵磁、交(jiāo)🏒流勵磁和低頻(pín)方波勵磁．現分(fèn)别予以介紹．
1．直(zhí)流勵磁
直流勵(li)磁方式用直流(liú)電産生磁場或(huò)采用永久磁鐵(tiě)，它能産生一個(gè)恒定的均勻磁(cí)場．這種直流勵(li)磁變送器的最(zuì)大優點是受交(jiao)流電磁場幹擾(rǎo)影響很小，因而(er)可以忽✨略液體(tǐ)中的自感現象(xiàng)✊的影響．但是🚶，使(shi)用直流磁場易(yì)使通過測量🔞管(guan)道的電解質液(ye)體被極化，即電(diàn)解質在電場中(zhong)被電解，産生正(zheng)負離子．在電場(chǎng)力的作用下，負(fu)離子跑向正極(jí)，正離子跑向負(fu)極．如圖📱3—18所示．這(zhe)💔樣，将導緻正負(fù)電極分别被相(xiàng)反極性的離子(zi)所包圍✊，嚴重影(ying)響 電磁流量計(ji) 的正常工作．所(suǒ)以，直流勵磁一(yi)般隻用于測量(liang)非電解🧑🏾‍🤝‍🧑🏼質液體(tǐ)，如液态金屬等(děng)．
圖3－18直流勵磁方(fang)式
2．交流勵磁
目(mu)前，工業上使用(yong)的 電磁流量計(ji) ，大都采用工頻(pin)(50Hz)電源交流勵磁(cí)方式，即它的磁(cí)場是由正🎯弦交(jiāo)🏃‍♂️變電流産生的(de)，所以産生的磁(cí)場也是一個交(jiao)變磁場．交變磁(cí)場變送器的主(zhǔ)要優點是消除(chu)🌏了電極☔表面的(de)✉️極化于擾．另外(wai)，由于磁場是交(jiāo)變的，所以輸出(chū)信号也是🍉交變(biàn)信号，放大和轉(zhuǎn)換低電平♋的交(jiāo)流信号要比直(zhi)流信❄️号容易得(dé)多．
如果交流磁(cí)場的磁感應強(qiang)度爲
B＝Bm sint             （3－38）
則電極上(shang)産生的感生電(dian)動勢爲
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體(ti)積流量爲
qv= D                  （3－40）
式中(zhōng)Bm――磁場磁感應強(qiang)度的最大值；
――勵(li)磁電流的角頻(pin)率，＝2f；
t――時間；
f――電源頻(pín)率．
由式(3－40)可知，當(dāng)測量管内徑D不(bu)變，磁感應強度(du)Bm爲一定值時，兩(liǎng)電極上輸出的(de)感生電動勢e與(yǔ)流量qv成正比．這(zhè)就是交流磁場(chǎng)電磁流量變送(sòng)器的基本工作(zuo)原理．
值得注意(yi)的是，用交流磁(cí)場會帶來一系(xì)列的電磁幹擾(rao)問題．例如正交(jiāo)幹擾．同相幹擾(rao)等，這些幹擾信(xìn)号與有用的流(liu)🛀量信号混雜在(zai)一起．因此，如何(hé)正确區分流量(liang)信号✊與幹擾信(xin)号，并如何有效(xiao)地抑制和排除(chu)各種幹擾信号(hao)，就成爲交流勵(lì)磁 電磁流量計(jì) 研制的重要課(kè)題。
3．低頻方波勵(lì)磁
直流勵磁方(fāng)式和交流勵滋(zi)方式各有優缺(quē)點，爲了充分發(fā)揮它們的優點(dian)，盡量避免它們(men)的缺點，70年代📞以(yǐ)來，人們開始采(cai)用☀️低頻方波勵(li)磁方式．它的勵(li)磁電流波形如(rú)圖3—19所示，其頻率(lü)通👣常爲工頻的(de)1／4－l／10．
圖3－19方波勵磁電(diàn)流波形
從圖3－19可(kě)見，在半個周期(qi)内，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場💔，它(tā)具有直流🔆勵磁(ci)的特點，受電磁(cí)幹擾影響很小(xiǎo)．從🔞整個時間過(guò)程看，方波信🌏号(hào)又是一個交變(biàn)的信号，所以它(tā)能克服直流勵(lì)💔滋易産生的極(jí)化現象．因此，低(di)頻方波勵磁是(shì)一種比較好💜的(de)勵磁方式，目前(qián)已在 電磁流量(liàng)計 上廣泛的應(yīng)用．概括一下， 電(dian)磁流量計 具有(you)如下幾個優點(dian)：
① 電磁流量計 能(néng)避免交流磁場(chǎng)的正交電磁幹(gàn)擾；
② 電磁流量計(ji) 消除由分布電(dian)容引起的工頻(pín)幹擾；
③ 電磁流量(liàng)計 抑制交流磁(cí)場在管壁和流(liu)體内部引起的(de)電渦流；
④ 電磁流(liú)量計 排除直流(liu)勵磁的極化現(xiàn)象．

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