电磁流量计工作原理--教材版.docx

电磁流量计的基本原理-教材版(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 U(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：也" 也三qv =4 也=4 E(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： 磁场是均匀分布的恒定磁场； 被测流体的流速轴对称分布； 被测液体是非磁性的； 被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1一磁极；2一电极；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，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.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.图3 - 18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 fflt(3 38)则电极上产生的感生电动势为(3 39)e= Bm D - sin - tJT被测体积流量为 -qv= Dsin al(3 40)式中B -一磁场磁感应强度的最大值;但 励磁电流的角频率，0= 2笆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.它的励磁电流波形如图3-19所示，其频率通常为工频的 1/ 4-1 / 10.图3 19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： 能避免交流磁场的正交电磁干扰； 消除由分布电容引起的工频干扰； 抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的电涡流; 排除直流励磁的极化现象.