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                            电磁流量计的工作原理

                                电磁流量计(Eletromagnetic Flowmeters,简称EMF)是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的◥新型流量测量仪表。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定♂律↘制成的,用来测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优▓点,电磁流量计目前已广泛地被应用于工业过程中◥「各种导电液体的流量测量,如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质〒;电磁流量计各种浆液流量测︼量,形成了独特的应用领域。
                                在结构上,电磁流量计由电磁流量传感器和←转换器两部分组成。传感器安装在工∮业过程管道上,它的作用是将√流进管↑道内的液体体积流量值线性地变换成感生◆电势╲信号,并通过传◢输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远□的地方,它将传︼感器送来的流∞量信号进行放大,并转换╳成流量信号成正比的标准电信号输出,以进ξ行显示,累积☆和调节控制。

                            电磁流量计的基本原□ 理
                            (一)测量原理
                                根据法拉第电磁感应定律,当一导体在磁场中运动切割磁力线时,在导体的两端即产生感生电势e,其方向由右手定则确●定,其大小与磁场∏的◥磁感应︾强度B,导体在磁场内的长度L及导体的运动速↘度u成正比,如果B, L,u三者互↘相垂直,则
                            e=Blu       (3-35)
                            与此相仿.在磁感应╱强度∏为B的均匀磁场中,垂直于磁场方向放一个内径为D的不◥导磁管道,当导∑电液体在管道中以流速u流动时,导电流体就切割磁力线.如果在管道截面★上垂直于磁场的直径两端安装一对电极(图3—17)则可以证明,只要←管道内流速分布为轴对称分布,两电极〓之间︽也特产生感生电动势:
                            e=BD        (3-36)
                            式中,为管道截面上的平均流速.由此可得管道的体积流量为:
                            qv=πDUˉ=   (3-37)
                            由上式可〓见,体积流量qv与感应电动∮势e和【测量管内径D成线性关系,与磁场的磁感应∞强度B成反比,与其它物理参数无关.这就是电磁流◢量计的☆测量原理.
                            需要说明的是,要使式(3—37)严格成立,必须使测量条件满足▓下列假定:
                            ①磁场╳是均匀分布的恒定磁场;
                            ②被测流体的流速轴对称分布;
                            ③被测液体※是非磁性的;
                            ④被ζ 测液体的电导率均匀且各向同性。
                            图3-17电磁流量计原理简图
                            电磁流量计工作原理图↘
                            1-磁极;2-电极;3-管道
                            (二)励磁方式
                                励磁方式即产生磁场的方式.由前述可★知,为使式(3—37)严格成立,第一个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定的磁场.为此,就需要选择一种合适的励磁方式。目前,一般有三种励碰方式Ψ ,即直流励磁①、交流励磁和低频方波「励磁.现分别予★以介绍.
                            1.直流励磁
                                直流励磁方∑式用直流电产生磁场或采用永久磁铁,它能产生一个恒定的均匀磁场.这种直流励磁变送器的最大优点△是受交〓流电磁场干○扰影响很小,因而可以忽略液体中的自感现象的影响.但是,使用直流ζ 磁场易使通过测量管道的电解质液体被极化,即电解质在电场中被电●解,产生正负离『子.在电场力的作用下,负离子跑向正◇极,正离¤子跑向负极.如图3—18所示.这样,将导致正负电极分别被相反极性的离子所包▓围,严重影响电磁流量计的正常工作.所以,直流励磁一般只用于测量非电解质液体,如液态「金属等.
                            图3-18直流励磁方式
                            电磁流◥量计直流励磁方式
                            2.交流励磁
                                目前,工业上使用的电磁流□量计,大都采用工频(50Hz)电源▅交流励磁方式,即它的▓磁场是由正弦交变电流产生的,所以产生的磁场也是一个交变磁场.交变磁场变送器卐的主要优点是消除了电╲极表面的极化于扰.另外,由于①磁场是交》变的,所以输→出信号也是交变信号,放大和转换低电平的交流信号要比直流信号容易→得多.
                            如果交流磁场的磁感应▅强度为
                            B=Bm sint             (3-38)
                            则电极上产生的感生电动势为
                            e=Bm Dsint            (3-39)
                            被测体积流量为
                            qv= D                  (3-40)
                            式中Bm――磁场磁』感应ζ强度的最大○值;
                            ――励磁电流的角『频率,=2f;
                            t――时间;
                            f――电源频率.
                            由式(3-40)可知,当测量管内径D不变,磁感应强度Bm为一定值◥时,两电ζ 极上输出的感生电动势e与流量qv成正比.这就是交流磁场电磁流量变送器的基本工作原理.
                                值∏得注意的是,用交流¤磁场会带∮来一系列的电磁干扰问题.例如正交干扰.同相干扰〓等,这ㄨ些干扰信号与有用的流量信号混杂在一起.因此,如◤何正确区分流量信号与干扰信号,并如何有效地抑制和排除各种干扰信号,就成为交流励磁电磁流量计研制♀的重要课△题。
                            3.低频方波励磁ω
                                直◥流励磁方式和交流励滋方式各有优缺点,为了充分发挥它们◤的优点,尽量避㊣ 免它们的缺点,70年代以来,人们开始采用低频方ぷ波励磁方式.它的励磁电→流波形如图3—19所示,其频率通常为工频的1/4-l/10.
                            图3-19方波励〗磁电流波形╲
                            电磁流量计方波励磁电流波形
                                从图3-19可见,在半个周』期内,磁场是恒稳的直流磁场,它具有直流励磁的特〓点,受电磁@ 干扰↑影响很小№.从整个时间过程看,方波信号又是一个交变的信号,所以它能克服直流励卐滋易产〖生的极化现象.因此,低频方波励磁是一种比较好的励『磁方式,目前已在电磁流量计上广泛的应用.概括一下,电磁流量计具有如下几个优点:
                            ①电磁流量计能避免交流磁场的︻正交电磁干◥扰;
                            ②电磁流量计消除由分布电容引起的工频干扰;
                            ③电磁流量计抑制交流磁场在管壁和流体内部引⊙起的电涡流;
                            ④电磁流量计排除直〇流励磁的极∮化现象.

                            下篇文章:氧化锆传感器的原理及△应用 上篇文章:

                             

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