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電(dian)磁流量(liang)計的工(gong)作原理(li)

我(wo)國計量(liang)用儀器(qi)儀表的(de)發展和(he)現狀

國(guo)内儀器(qi)儀表行(hang)業将發(fa)生高科(ke)....

西安交(jiao)大研制(zhi)出超高(gao)溫沖擊(ji)壓....

采用(yong)半導體(ti)精密溫(wen)度傳感(gan)......

利(li)用傳感(gan)器技術(shu)制造智(zhi)能服裝(zhuang)

新型傳(chuan)感器監(jian)控魚群(qun)數量

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電磁流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理

（ Eletromagnetic Flowmeters ，簡稱 EMF ）是(shi)20世紀50~60年(nian)代随着(zhe)電子技(ji)術的發(fa)展而迅(xun)速發展(zhan)起來✔️的(de)新型流(liu)量測量(liang)儀表。 電(dian)磁流量(liang)計 是根(gen)據法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律制成(cheng)的， 電磁(ci)流量計(ji) 用來測(ce)量導電(dian)液體體(ti)積流量(liang)的儀表(biao)。由于其(qi)獨特的(de)優點， 電(dian)磁流量(liang)計 目前(qian)已廣泛(fan)地被應(ying)用于工(gong)業過程(cheng)中各種(zhong)導電液(ye)體的✨流(liu)量測量(liang)，如各種(zhong)酸、堿、鹽(yan)等腐蝕(shi)性介質(zhi)； 電磁流(liu)量計 各(ge)種漿液(ye)流量測(ce)量，形成(cheng)了獨特(te)的應用(yong)領域。
在(zai)結構上(shang)， 電磁流(liu)量計 由(you)電磁流(liu)量傳感(gan)器和轉(zhuan)換器兩(liang)部分組(zu)成。傳感(gan)器安裝(zhuang)在🔴工業(ye)🛀過程管(guan)道上，它(ta)的作用(yong)是将流(liu)進管道(dao)💔内的🌍液(ye)體體積(ji)🈲流量值(zhi)線🤞性地(di)變換成(cheng)感生電(dian)勢信号(hao)，并通過(guo)傳輸線(xian)将此🎯信(xin)号送到(dao)轉換✉️器(qi)。轉換器(qi)安裝在(zai)離傳❌感(gan)器不太(tai)遠的地(di)方，它将(jiang)傳感器(qi)送來的(de)流量信(xin)号進⛷️行(hang)放大，并(bing)轉🍉換成(cheng)流量信(xin)号成正(zheng)比的标(biao)準電信(xin)号輸出(chu)，以進行(hang)顯示，累(lei)積和調(diao)節控☎️制(zhi)。
電磁流(liu)量計 的(de)基本原(yuan)理
(一)測(ce)量原理(li)
根據法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)定律，當(dang)一導體(ti)在磁場(chang)中運動(dong)切割磁(ci)力線時(shi)，在導體(ti)的兩端(duan)即産生(sheng)感生電(dian)勢e，其方(fang)向由右(you)手定則(ze)确定，其(qi)大小與(yu)磁場的(de)磁感應(ying)強度B，導(dao)體在磁(ci)場内的(de)長度L及(ji)導體的(de)運動速(su)度u成♻️正(zheng)比，如果(guo)B， L，u三者互(hu)相垂直(zhi)，則
e＝Blu       (3－35)
與此(ci)相仿．在(zai)磁感應(ying)強度爲(wei)B的均勻(yun)磁場中(zhong)，垂直于(yu)磁💚場方(fang)向💞放一(yi)個内徑(jing)爲D的不(bu)導磁管(guan)道，當導(dao)電液體(ti)在管道(dao)🏃🏻‍♂️中以流(liu)速u流動(dong)時，導電(dian)流體就(jiu)切割磁(ci)力線．如(ru)果在管(guan)道截面(mian)上垂直(zhi)于🌐磁場(chang)的🌍直徑(jing)兩端安(an)😍裝一對(dui)電極(圖(tu)3—17)則可以(yi)證明，隻(zhi)要管道(dao)内流速(su)分布㊙️爲(wei)軸對稱(cheng)分布，兩(liang)電極之(zhi)間也特(te)産生感(gan)生電動(dong)勢💜：
e＝BD        (3－36)
式中(zhong)，爲管道(dao)截面上(shang)的平均(jun)流速．由(you)此可得(de)管道的(de)體積流(liu)量💯爲🈲：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由(you)上式可(ke)見，體積(ji)流量qv與(yu)感應電(dian)動勢e和(he)測量管(guan)内徑D成(cheng)線性關(guan)系，與磁(ci)場的磁(ci)感應強(qiang)度B成反(fan)比，與其(qi)它物理(li)參數無(wu)關．這就(jiu)是 電磁(ci)流量計(ji) 的測量(liang)原理．
需(xu)要說明(ming)的是，要(yao)使式（3—37）嚴(yan)格成立(li)，必須使(shi)測量條(tiao)件🌍滿🌈足(zu)下列假(jia)定：
①磁場(chang)是均勻(yun)分布的(de)恒定磁(ci)場；
②被測(ce)流體的(de)流速軸(zhou)對稱分(fen)布；
③被測(ce)液體是(shi)非磁性(xing)的；
④被測(ce)液體的(de)電導率(lü)均勻且(qie)各向同(tong)性。
圖3－17電(dian)磁流量(liang)計原理(li)簡圖
1－磁(ci)極；2－電極(ji)；3－管道
(二(er))勵磁方(fang)式
勵磁(ci)方式即(ji)産生磁(ci)場的方(fang)式．由前(qian)述可知(zhi)，爲使式(shi)(3—37)嚴格成(cheng)🔆立，第一(yi)個必須(xu)滿足的(de)條件就(jiu)是要有(you)一個均(jun)勻恒定(ding)的磁場(chang)．爲此，就(jiu)需要選(xuan)擇一種(zhong)合适的(de)勵磁方(fang)式。目前(qian)，一般有(you)三♊種勵(li)碰方式(shi)，即直流(liu)勵磁、交(jiao)✌️流勵磁(ci)和低頻(pin)方波勵(li)磁．現分(fen)别予以(yi)介紹．
1．直(zhi)流勵磁(ci)
直流勵(li)磁方式(shi)用直流(liu)電産生(sheng)磁場或(huo)采用永(yong)久磁鐵(tie)，它能産(chan)生一個(ge)恒定的(de)均勻磁(ci)場．這種(zhong)直流勵(li)磁🔞變送(song)器的最(zui)大優點(dian)是受交(jiao)流電磁(ci)場幹擾(rao)影響很(hen)小，因而(er)可以忽(hu)略液體(ti)中的自(zi)感現象(xiang)的影響(xiang)．但是💰，使(shi)用直流(liu)🙇🏻磁場易(yi)使通過(guo)測量管(guan)道的電(dian)☂️解質液(ye)體🧡被極(ji)化，即電(dian)解質在(zai)電場😄中(zhong)被電解(jie)，産生正(zheng)負離子(zi)⁉️．在電場(chang)力的作(zuo)用下，負(fu)離子跑(pao)向正極(ji)，正離子(zi)♍跑向負(fu)極．如圖(tu)3—18所示．這(zhe)🍓樣，将導(dao)緻正負(fu)電極分(fen)别被相(xiang)反極👄性(xing)的離子(zi)所包圍(wei)，嚴重影(ying)響 電磁(ci)流量計(ji) 的正常(chang)工作．所(suo)以，直流(liu)勵磁一(yi)般隻用(yong)于測量(liang)非電解(jie)質液體(ti)，如液态(tai)金屬等(deng)．
圖3－18直流(liu)勵磁方(fang)式
2．交流(liu)勵磁
目(mu)前，工業(ye)上使用(yong)的 電磁(ci)流量計(ji) ，大都采(cai)用工頻(pin)(50Hz)電源交(jiao)流勵磁(ci)方式，即(ji)它的磁(ci)場是由(you)正弦交(jiao)變電流(liu)産生的(de)，所以産(chan)生的磁(ci)場也是(shi)一㊙️個交(jiao)變磁🏃‍♀️場(chang)．交變磁(ci)場變送(song)器的主(zhu)要優點(dian)是消除(chu)了電極(ji)表面的(de)💁極化于(yu)擾．另外(wai)，由于磁(ci)場是交(jiao)變的，所(suo)以輸出(chu)信号也(ye)是交變(bian)信号，放(fang)大和轉(zhuan)換低電(dian)平☎️的交(jiao)流信号(hao)要比直(zhi)流信号(hao)容易得(de)多．
如果(guo)交流磁(ci)場的磁(ci)感應強(qiang)度爲
B＝Bm sint             （3－38）
則(ze)電極上(shang)産生的(de)感生電(dian)動勢爲(wei)
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體(ti)積流量(liang)爲
qv= D                  （3－40）
式中(zhong)Bm――磁場磁(ci)感應強(qiang)度的最(zui)大值；
――勵(li)磁電流(liu)的角頻(pin)率，＝2f；
t――時間(jian)；
f――電源頻(pin)率．
由式(shi)(3－40)可知，當(dang)測量管(guan)内徑D不(bu)變，磁感(gan)應強度(du)Bm爲一定(ding)值時，兩(liang)電極上(shang)輸出的(de)感生電(dian)動勢e與(yu)流量qv成(cheng)正比．這(zhe)就💔是交(jiao)流磁場(chang)電磁流(liu)⛹🏻‍♀️量變送(song)器的基(ji)本工作(zuo)原💔理．
值(zhi)得注意(yi)的是，用(yong)交流磁(ci)場會帶(dai)來一系(xi)列的電(dian)磁幹擾(rao)問題．例(li)如正交(jiao)幹擾．同(tong)相幹擾(rao)等，這些(xie)幹擾信(xin)号與有(you)用的流(liu)量信号(hao)混🤞雜在(zai)一起．因(yin)此，如何(he)正确區(qu)分流量(liang)信号與(yu)幹擾信(xin)号，并📞如(ru)何有效(xiao)地抑制(zhi)和排除(chu)各種幹(gan)擾信号(hao)，就成爲(wei)交流勵(li)磁 電磁(ci)流量計(ji) 研制的(de)重要課(ke)題。
3．低頻(pin)方波勵(li)磁
直流(liu)勵磁方(fang)式和交(jiao)流勵滋(zi)方式各(ge)有優缺(que)點，爲了(le)充分🔆發(fa)揮它們(men)的優點(dian)，盡量避(bi)免它們(men)的缺點(dian)，70年代以(yi)來，人們(men)開始采(cai)用低頻(pin)方波勵(li)磁方式(shi)．它的勵(li)磁電流(liu)波形如(ru)圖3—19所示(shi)，其頻率(lü)通常爲(wei)工🐇頻的(de)1／4－l／10．
圖3－19方波(bo)勵磁電(dian)流波形(xing)
從圖3－19可(ke)見，在半(ban)個周期(qi)内，磁場(chang)是恒穩(wen)的直流(liu)磁場，它(ta)具有直(zhi)流勵磁(ci)的特點(dian)，受電磁(ci)幹擾影(ying)響很小(xiao)．從整個(ge)時間過(guo)程🌈看，方(fang)波信号(hao)又是一(yi)個交變(bian)的信号(hao)，所以它(ta)能克服(fu)直流勵(li)滋易産(chan)🛀生的極(ji)化現象(xiang)．因此，低(di)頻方波(bo)勵磁是(shi)一種比(bi)較好的(de)勵磁方(fang)式，目前(qian)已在 電(dian)磁流量(liang)計 上廣(guang)泛的應(ying)用．概括(kuo)一下， 電(dian)磁流量(liang)計 具有(you)如下幾(ji)個優點(dian)：
① 電磁流(liu)量計 能(neng)避免交(jiao)流磁場(chang)的正交(jiao)電磁幹(gan)擾；
② 電磁(ci)流量計(ji) 消除由(you)分布電(dian)容引起(qi)的工頻(pin)幹擾；
③ 電(dian)磁流量(liang)計 抑制(zhi)交流磁(ci)場在管(guan)壁和流(liu)體内部(bu)引起的(de)電渦流(liu)；
④ 電磁流(liu)量計 排(pai)除直流(liu)勵磁的(de)極化現(xian)象．


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