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智能電磁流量計的基本原理
閱讀：3276 發(fā)布時間：2016-3-11是20世紀(jì)50~60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表,。電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的，用來測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表,。由于其*的優(yōu)點,，電磁流量計目前已廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)過程中各種導(dǎo)電液體的流量測量，如各種酸,、堿,、鹽等腐蝕性介質(zhì)；電磁流量計各種漿液流量測量,，形成了*的應(yīng)用領(lǐng)域,。
在結(jié)構(gòu)上，電磁流量計由電磁流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成,。傳感器安裝在工業(yè)過程管道上,，它的作用是將流進管道內(nèi)的液體體積流量值線性地變換成感生電勢信號,，并通過傳輸線將此信號送到轉(zhuǎn)換器,。轉(zhuǎn)換器安裝在離傳感器不太遠的地方，它將傳感器送來的流量信號進行放大,，并轉(zhuǎn)換成流量信號成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出,，以進行顯示，累積和調(diào)節(jié)控制,。
電磁流量計具有如下幾個優(yōu)點：
①電磁流量計能避免交流磁場的正交電磁干擾,；
②電磁流量計消除由分布電容引起的工頻干擾；
③電磁流量計抑制交流磁場在管壁和流體內(nèi)部引起的電渦流,；
④電磁流量計排除直流勵磁的極化現(xiàn)象．
智能電磁流量計的基本原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e,，其方向由右手定則確定,，其大小與磁場的磁感應(yīng)強度B，導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L及導(dǎo)體的運動速度u成正比,，如果B,， L，u三者互相垂直,，則
e＝Blu (3－35)
與此相仿．在磁感應(yīng)強度為B的均勻磁場中,，垂直于磁場方向放一個內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動時,，導(dǎo)電流體就切割磁力線．如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極(圖3—17)則可以證明,，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動勢：
e＝BD (3－36)
式中，為管道截面上的平均流速．由此可得管道的體積流量為：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
由上式可見,，體積流量qv與感應(yīng)電動勢e和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系,，與磁場的磁感應(yīng)強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)．這就是電磁流量計的測量原理．
需要說明的是,，要使式（3—37）嚴(yán)格成立,，必須使測量條件滿足下列假定：
①磁場是均勻分布的恒定磁場；
②被測流體的流速軸對稱分布,；
③被測液體是非磁性的,；
④被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。
1－磁極,；2－電極,；3－管道
(二)勵磁方式
勵磁方式即產(chǎn)生磁場的方式．由前述可知，為使式(3—37)嚴(yán)格成立,，*個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場．為此,，就需要選擇一種合適的勵磁方式。目前,，一般有三種勵碰方式,，即直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁．現(xiàn)分別予以介紹．
1．直流勵磁
直流勵磁方式用直流電產(chǎn)生磁場或采用*磁鐵,，它能產(chǎn)生一個恒定的均勻磁場．這種直流勵磁變送器的zui大優(yōu)點是受交流電磁場干擾影響很小,，因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響．但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質(zhì)液體被極化,，即電解質(zhì)在電場中被電解,，產(chǎn)生正負離子．在電場力的作用下，負離子跑向正極,，正離子跑向負極．如圖3—18所示．這樣,，將導(dǎo)致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響電磁流量計的正常工作．所以,，直流勵磁一般只用于測量非電解質(zhì)液體,，如液態(tài)金屬等．
2．交流勵磁
目前，工業(yè)上使用的電磁流量計,，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式,，即它的磁場是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場也是一個交變磁場．交變磁場變送器的主要優(yōu)點是消除了電極表面的極化于擾．另外,，由于磁場是交變的,，所以輸出信號也是交變信號，放大和轉(zhuǎn)換低電平的交流信號要比直流信號容易得多．
如果交流磁場的磁感應(yīng)強度為
B＝Bm sint （3－38）
則電極上產(chǎn)生的感生電動勢為
e＝Bm Dsint （3－39）
被測體積流量為
qv= D （3－40）
式中Bm――磁場磁感應(yīng)強度的zui大值,；
――勵磁電流的角頻率,，＝2f,；
t――時間；
f――電源頻率．電磁流量計：http://www.denengyb,。,。ｃｏｍ/
由式(3－40)可知，當(dāng)測量管內(nèi)徑D不變,，磁感應(yīng)強度Bm為一定值時,，兩電極上輸出的感生電動勢e與流量qv成正比．這就是交流磁場電磁流量變送器的基本工作原理．
值得注意的是，用交流磁場會帶來一系列的電磁干擾問題．例如正交干擾．同相干擾等,，這些干擾信號與有用的流量信號混雜在一起．因此,，如何正確區(qū)分流量信號與干擾信號，并如何有效地抑制和排除各種干擾信號,，就成為交流勵磁電磁流量計研制的重要課題,。
3．低頻方波勵磁
直流勵磁方式和交流勵滋方式各有優(yōu)缺點，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)點,，盡量避免它們的缺點,，70年代以來，人們開始采用低頻方波勵磁方式．