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1、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)e=BD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 317)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：(336)式中，
2、女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(337)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磁极；2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(337)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
3、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318 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
4、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(3-38)则电极上产生的感生电动势为3- 39)e=Bm D sin t被测体积流量为忆qv= D3- 40)式中Bm 磁场磁感应强度的最大值;由励磁电流的角频率，少=2踣f；t时间；f一一电源频率.由式(340)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
5、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319 所示，其频 率通常为工频的 14l10.图 319 方波励磁电流波形从图319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.
