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电磁流量计的基本原理?

文章出处:人气:1发表时间:2019-2-14 16:53:55

导读:电磁流量计的基本原理?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= = (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被测液体的电导率均匀且各向同性。 

(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,即直流励磁、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.这样,将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围,严重影响仪表的正常工作.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. 

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.交变磁场变送器的主要优点是消除了电极表面的极化于扰.另外,由于磁场是交变的,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 sin t (3-38) 

则电极上产生的感生电动势为 

e=Bm D sin t (3-39) 

被测体积流量为 

qv= D (3-40) 

式中 Bm――磁场磁感应强度的最大值; 

――励磁电流的角频率, =2 f; 

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 

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波励磁方式.

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,它具有如下几个优点: 

①能避免交流磁场的正交电磁干扰; 

②消除由分布电容引起的工频干扰; 

③抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流; 

④排除直流励磁的极化现象. 


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