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電磁流量計的(de)工作原理
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電磁(ci)流量計
（
Eletromagnetic Flowmeters
，簡稱
EMF
）
是(shì)20世紀50~60年代随着(zhe)電子技術的發(fa)展而迅速發展(zhǎn)起來的新👨❤️👨型流(liú)量測量儀表。
電(diàn)磁流量計
是根(gen)據法拉第電磁(cí)感應定律制成(cheng)的，
電磁流量計(jì)
用來測量導電(diàn)液體體積流量(liang)的儀表。由于其(qi)獨特的優點，
電(dian)磁流量計
目前(qián)已廣泛地被應(ying)用于工業過程(chéng)中各種導電液(ye)❗體的🧑🏽🤝🧑🏻流量測量(liàng)，如各種酸、堿、鹽(yan)等腐蝕性介質(zhi)；
電磁流量計
各(gè)種漿液流量測(ce)量，形成了獨特(te)的應用領域。
在(zài)結構上，
電磁流(liu)量計
由電磁流(liú)量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組(zǔ)成。傳感器安裝(zhuang)在工業過程管(guan)道上，它的作用(yong)是将流進管道(dao)内的🈲液體🐪體積(ji)😍流量值線性地(dì)變換成感生電(dian)勢信号，并通過(guo)傳輸線将此❤️信(xìn)号送到轉換♍器(qi)。轉換器安☁️裝在(zai)離傳感器不太(tài)遠的地方，它将(jiāng)傳感器送來的(de)流量信号進行(háng)放大，并轉換成(chéng)流量信号成正(zhèng)比的标準電信(xìn)号輸💋出，以進行(hang)顯示❤️，累積和調(diào)節控制。
電磁流(liu)量計
的基本原(yuan)理
(一)測量原理(lǐ)
根據法拉第電(dian)磁感應定律，當(dāng)一導體在磁場(chang)中運動切割磁(ci)力線時，在導體(ti)的兩端即産生(shēng)感生電勢e，其方(fang)向由❤️右手定則(ze)确定，其大小與(yǔ)磁場的磁感應(ying)強度B，導體在磁(ci)場内的長度L及(jí)😘導體的運動速(sù)度u成正比，如果(guǒ)B， L，u三者互相垂直(zhí)，則
e＝Blu (3－35)
與此相仿．在(zai)磁感應強度爲(wèi)B的均勻磁場中(zhōng)，垂直于⚽磁場方(fang)向放一個内徑(jing)爲D的不導磁管(guan)道，當導電液體(ti)在管道中以流(liú)速u流動時，導電(dian)流體就切割磁(cí)力💯線．如果🔴在管(guǎn)道截面上垂直(zhi)于磁場的直徑(jìng)兩端安裝一對(dui)電極(圖3—17)則可以(yi)證明，隻要管道(dao)内流速分布爲(wei)軸對稱分布，兩(liang)電極之間也特(te)産生感生電動(dong)勢：
e＝BD (3－36)
式中，爲管道(dào)截面上的平均(jun1)流速．由此可得(de)管道的💋體🔴積流(liu)量爲：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可(kě)見，體積流量qv與(yǔ)感應電動勢e和(he)測量管内徑D成(chéng)🌍線性關系，與磁(ci)場的磁感應強(qiang)度B成反比，與其(qí)它物理參㊙️數無(wu)關．這就是
電磁(cí)流量計
的測量(liang)原理．
需要說明(ming)的是，要使式（3—37）嚴(yan)格成立，必須使(shi)測量條件滿足(zú)☂️下列假🤞定：
①磁場(chang)是均勻分布的(de)恒定磁場；
②被測(cè)流體的流速軸(zhóu)對稱分布；
③被測(ce)液體是非磁性(xìng)的；
④被測液體的(de)電導率均勻且(qiě)各向同性。
圖3－17電(diàn)磁流量計原理(lǐ)簡圖
1－磁極；2－電極(jí)；3－管道
(二)勵磁方(fang)式
勵磁方式即(ji)産生磁場的方(fang)式．由前述可知(zhī)，爲使式❗(3—37)嚴格成(chéng)立，第一個必須(xū)滿足的條件就(jiu)是要有一個均(jun)勻恒定🥵的磁💁場(chang)．爲此，就需要選(xuǎn)擇一種合适的(de)勵🛀🏻磁方式。目前(qián)，一般有三種勵(lì)碰㊙️方式，即直流(liu)勵磁、交流勵磁(ci)和低頻方波勵(li)磁．現分别予以(yi)介紹．
1．直流勵磁(cí)
直流勵磁方式(shì)用直流電産生(sheng)磁場或采用永(yong)久磁鐵，它能✂️産(chǎn)生一個恒定的(de)均勻磁場．這種(zhong)直流勵磁變送(song)器的最大🚶優點(dian)是受交流電磁(ci)場幹擾影響很(hen)小，因而😍可以忽(hu)略液體中的自(zi)感現象👨❤️👨的影響(xiang)．但是，使用直流(liu)磁場易使通過(guò)測量管道的電(diàn)解質液體㊙️被極(jí)化，即電解質在(zài)電場中被電解(jie)，産生正負離子(zǐ)．在電場力的作(zuo)用下，負離子跑(pao)向正極，正離子(zǐ)跑向負極．如圖(tú)3—18所示．這樣，将導(dǎo)緻正負電極分(fen)别被相反極性(xìng)的離子所包圍(wéi)，嚴重影響
電磁(ci)流量計
的正常(cháng)工作．所以，直流(liu)勵磁一般隻用(yòng)于測量非電解(jiě)❄️質㊙️液⭐體，如液态(tai)金屬等．
圖3－18直流(liú)勵磁方式
2．交流(liu)勵磁
目前，工業(ye)上使用的
電磁(cí)流量計
，大都采(cai)用工頻(50Hz)電源交(jiāo)流勵磁方式，即(ji)它的磁場是由(you)正弦💛交變電流(liu)産生的，所以産(chan)生的磁場也是(shì)一🏒個交變磁場(chang)．交變磁🧑🏾🤝🧑🏼場變送(sòng)器的主要優點(dian)是消除了電極(jí)表面的極化于(yu)擾．另外，由于磁(ci)場是交變的，所(suo)以輸出信号也(ye)是🈲交變信号🔴，放(fang)大和轉換低電(dian)平的交流信号(hào)要比直流信号(hào)容易得多．
如果(guo)交流磁場的磁(ci)感應強度爲
B＝Bm sint （3－38）
則(ze)電極上産生的(de)感生電動勢爲(wèi)
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體積流量(liang)爲
qv= D （3－40）
式中Bm――磁場磁(cí)感應強度的最(zuì)大值；
――勵磁電流(liú)的角頻率，＝2f；
t――時間(jiān)；
f――電源頻率．
由式(shì)(3－40)可知，當測量管(guan)内徑D不變，磁感(gan)應強度Bm爲一定(ding)值㊙️時，兩電極上(shàng)輸出的感生電(diàn)動勢e與流量qv成(chéng)正比．這就是交(jiāo)流磁場電磁流(liu)量變送器的基(jī)本工作原理．
值(zhí)得注意的是，用(yong)交流磁場會帶(dài)來一系列的電(dian)磁幹擾問題．例(lì)如正交幹擾．同(tong)相幹擾等，這些(xiē)幹擾信号與有(you)用的流量信号(hao)混雜在一起．因(yīn)此，如何正确區(qu)分流💰量信号與(yǔ)幹擾信号，并如(ru)何有效地抑制(zhi)和排除各種幹(gàn)擾信号，就成爲(wei)交流勵磁
電磁(ci)流量計
研制的(de)重要課題。
3．低頻(pin)方波勵磁
直流(liu)勵磁方式和交(jiāo)流勵滋方式各(ge)有優缺點，爲了(le)充分發揮它🈚們(men)的優點，盡量避(bi)免它們的缺點(dian)，70年代以來🈲，人們(men)開始采用低頻(pín)🍉方波勵磁方式(shì)．它的勵磁電流(liú)波形如圖3—19所示(shi)，其🔴頻率通常爲(wèi)工頻的1／4－l／10．
圖3－19方波(bo)勵磁電流波形(xíng)
從圖3－19可見，在半(bàn)個周期内，磁場(chang)是恒穩的直流(liu)磁場，它具有直(zhí)流❌勵磁的特點(dian)，受電磁幹擾影(ying)響很小．從整個(gè)🌐時間過程看，方(fāng)波信号又是一(yī)個交變的信号(hao)，所以它能克服(fú)直流勵滋易産(chan)✍️生的極化現象(xiàng)．因此，低頻方波(bo)勵磁是一種比(bi)較好的勵磁方(fang)式，目前已在
電(diàn)磁流量計
上廣(guǎng)泛的應用．概括(kuò)一下，
電磁流量(liàng)計
具有如下幾(jǐ)個優點：
①
電磁流(liu)量計
能避免交(jiao)流磁場的正交(jiao)電磁幹擾；
②
電磁(ci)流量計
消除由(you)分布電容引起(qǐ)的工頻幹擾；
③
電(dian)磁流量計
抑制(zhi)交流磁場在管(guǎn)壁和流體内部(bu)引起的電渦流(liú)🔞；
④
電磁流量計
排(pái)除直流勵磁的(de)極化現象．
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