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上海上海韜世電磁流量計的原理介紹
閱讀：1021 發(fā)布時間：2019-10-17電磁流量計（Eletromagnetic Flowmeters，簡稱EMF）是20世紀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準電信號輸出，以進行顯示,，累積和調(diào)節(jié)控制,。
電磁流量計的基本原理
(一)測量原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時,，在導體的兩端即產(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,，導體在磁場內(nèi)的長度L及導體的運動速度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的不導磁管道,，當導電液體在管道中以流速u流動時,，導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被測液體的電導率均勻且各向同性,。
圖3－17電磁流量計原理簡圖
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)嚴格成立，第yi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yong久磁鐵，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,，將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍,，嚴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．
圖3－18直流勵磁方式
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)強度的大值；
――勵磁電流的角頻率,，＝2f,；
t――時間；
f――電源頻率．
由式(3－40)可知,，當測量管內(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．它的勵磁電流波形如圖3—19所示,，其頻率通常為工頻的1／4－l／10．
圖3－19方波勵磁電流波形
從圖3－19可見,，在半個周期內(nèi)，磁場是恒穩(wěn)的直流磁場,，它具有直流勵磁的特點,，受電磁干擾影響很小．從整個時間過程看,，方波信號又是一個交變的信號,，所以它能克服直流勵滋易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象．因此，低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式,，目前已在電磁流量計上廣泛的應(yīng)用．概括一下,，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．
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