電磁(ci)流量(liang)計的測量(liang)原理及產(chan)品優點

電磁流量計（Eletromagnetic Flowmeters，簡稱EMF）是20世紀50~60年代隨著電子技術的發展而迅速發展起來的新型流量測量儀表。電磁(ci)流量計是根據法(fa)拉(la)第電磁(ci)感應定律制成的(de)，電磁(ci)流量(liang)計用來測量(liang)導(dao)電液體體積流量(liang)的儀表。由于其的優點，電磁(ci)流(liu)量計目前(qian)已廣泛地(di)被應用(yong)于(yu)工業(ye)過程(cheng)中各種(zhong)導(dao)電液體的流量測量，如各種(zhong)酸、堿(jian)、鹽(yan)等腐蝕性介質；電磁流量(liang)計各種漿液流(liu)量(liang)測(ce)量(liang)，形成(cheng)了的應用領域(yu)。
在(zai)結構上，電磁流量計(ji)由電磁流(liu)量傳(chuan)感器(qi)和(he)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)器(qi)兩部分組成(cheng)。傳(chuan)感器(qi)安(an)裝在(zai)工業過(guo)程管道(dao)上，它的(de)作用是將流(liu)進管道(dao)內的(de)液體體積(ji)流(liu)量值線性地變(bian)換(huan)成(cheng)感生電勢信號，并通過(guo)傳(chuan)輸(shu)線將此信號送(song)到(dao)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)器(qi)。轉(zhuan)(zhuan)換(huan)器(qi)安(an)裝在(zai)離傳(chuan)感器(qi)不太遠的(de)地方，它將傳(chuan)感器(qi)送(song)來的(de)流(liu)量信號進行放大，并轉(zhuan)(zhuan)換(huan)成(cheng)流(liu)量信號成(cheng)正(zheng)比(bi)的(de)標準電信號輸(shu)出，以進行顯(xian)示，累積(ji)和(he)調節控制。
電磁流量計的基(ji)本原理
(一)測量原理
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(zhong)，為(wei)管道(dao)截面(mian)上的平均流速．由此(ci)可得管道(dao)的體積(ji)流量為(wei)：
qv＝πDUˉ＝   （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(ce)量原(yuan)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(ci)場是均(jun)勻(yun)分布(bu)的恒定磁(ci)場；
②被測流體的流速軸對稱分布；
③被測液體(ti)是非(fei)磁性的；
④被測液體的電導率均勻且各向同性。
圖3－17電磁流量計原理簡圖
1－磁極；2－電極；3－管道
(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．如圖3—18所示．這樣，將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響電(dian)磁流(liu)量計的正常工作．所以，直(zhi)流勵磁一般只用于(yu)測量(liang)非電解(jie)質液體，如液態金(jin)屬等(deng)．
圖3－18直流勵磁方式
2．交流勵(li)磁
目前，工業上使用的電(dian)磁流量(liang)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(guo)交流磁(ci)場(chang)的磁(ci)感應強(qiang)度為
B＝Bm sint         ;    （3－38）
則電極(ji)上(shang)產(chan)生(sheng)的感(gan)生(sheng)電動勢為
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體積流(liu)量(liang)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，＝2f；
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(yong)交(jiao)流(liu)磁場(chang)會(hui)帶來(lai)一(yi)(yi)系列的電(dian)磁干(gan)(gan)(gan)擾(rao)問題．例如正(zheng)交(jiao)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)．同相干(gan)(gan)(gan)擾(rao)等，這(zhe)些干(gan)(gan)(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)與(yu)有用(yong)的流(liu)量(liang)信(xin)號(hao)混雜在一(yi)(yi)起．因(yin)此(ci)，如何正(zheng)確區分流(liu)量(liang)信(xin)號(hao)與(yu)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)，并如何有效地抑(yi)制和排(pai)除各種(zhong)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)，就(jiu)成為交(jiao)流(liu)勵磁電磁流量計研制的重要(yao)課題。
3．低(di)頻方波(bo)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．它的勵磁電流波形如圖3—19所示，其頻率通常為工頻的1／4－l／10．
圖3－19方波勵磁電流波形
從圖3－19可見，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，受電磁干擾影響很小．從整個時間過程看，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(de)應用(yong)．概括一下，電磁流量計具有如下(xia)幾個優(you)點：
①電(dian)磁流(liu)量(liang)計能避免交流磁場的正交電(dian)磁干擾；
②電磁流量計消除由分布電容引起的工(gong)頻干擾；
③電磁(ci)流(liu)量(liang)計抑制(zhi)交(jiao)流磁場在管(guan)壁和流體內部引(yin)起的電渦流；
④電磁流量計排(pai)除直(zhi)流(liu)勵(li)磁的極化現象．