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電磁流量計的基本原理?

文章出處:人氣:0發表時間:2019-2-14 16:53:55

導讀:電磁流量計的基本原理?根據法拉第電磁感應定律,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強度B,導體在磁場內的長度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.在磁感應強度為B的均勻磁場中,垂直于磁場方向放一個內徑為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,只要管道內流速分布為軸對稱分布,兩電極之間也特產生感生電動勢: 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= = (3-37) 

由上式可見,體積流量qv與感應電動勢e和測量管內徑D成線性關系,與磁場的磁感應強度B成反比,與其它物理參數無關.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。 

(二)勵磁方式 

勵磁方式即產生磁場的方式.由前述可知,為使式(3—37)嚴格成立,第一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.現分別予以介紹. 

1.直流勵磁 

直流勵磁方式用直流電產生磁場或采用永久磁鐵,它能產生一個恒定的均勻磁場.這種直流勵磁變送器的最大優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象的影響.但是,使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化,即電解質在電場中被電解,產生正負離子.在電場力的作用下,負離子跑向正極,正離子跑向負極.這樣,將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍,嚴重影響儀表的正常工作.所以,直流勵磁一般只用于測量非電解質液體,如液態金屬等. 

2.交流勵磁 

目前,工業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生的,所以產生的磁場也是一個交變磁場.交變磁場變送器的主要優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強度為 

B=Bm sin t (3-38) 

則電極上產生的感生電動勢為 

e=Bm D sin t (3-39) 

被測體積流量為 

qv= D (3-40) 

式中 Bm――磁場磁感應強度的最大值; 

――勵磁電流的角頻率, =2 f; 

t――時間; 

f――電源頻率. 

由式(3-40)可知,當測量管內徑D不變,磁感應強度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缺點,為了充分發揮它們的優點,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.

在半個周期內,磁場是恒穩的直流磁場,它具有直流勵磁的特點,受電磁干擾影響很?。畯恼麄€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生的極化現象.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用.概括一下,它具有如下幾個優點: 

①能避免交流磁場的正交電磁干擾; 

②消除由分布電容引起的工頻干擾; 

③抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流; 

④排除直流勵磁的極化現象. 


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