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聊一聊电磁流量计的工作原理

所属分类:新闻资讯 发布日期:2021-05-170

电磁流量计是1950~60年代随着电子技术的发展迅速发展起来的新型流量测量仪。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制作的,用于测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点,电磁流量计目前已广泛应用于工业过程中各种导电液体的流量测量,如各种酸、碱、盐等腐蚀介质的电磁流量计各种浆液流量测量,形成了独特的应用领域。
在结构上,电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在工业流程管道上,其作用是将流入管道内的液体体积流量值线性地转换换应电势信号,通过传输线将该信号发送到转换器。转换器安置在离传感器不太远的地方,扩大传感器发送的流量信号,转换成流量信号成比例的标准电信号输出,显示、累积和控制。
电磁流量计的基本原理。
(1)测量原理。
根据法拉第电磁感应法则,一导体在磁场运动切断磁线时,在导体的两端产生感应电势e,其方向由右手定则决定,其大小与磁场的磁感应强度b,导体在磁场内的长度l与导体的运动速度u成正比,b、l、u三者垂直
e=Blu(3-35)
与此相似,在磁感应强度为b的均匀磁场中,垂直于磁场方向放置内径为d的管道,导电液体在管道中以流速u流动时,导电流体切断磁线。如果在管道截面垂直于磁场的直径两端设置一对电极(图3-17),则可以证明,如果管道内的流速分布为轴对称分布,两个电极之间也会产生感应电动势
e=BD(3-36)
在公式中,它是管道截面的平均流速。因此,管道的体积流量如下:
qv=πDU=(3-37)
上式显示,体积流量qv与感应电动势e和测量管内径d成线性关系,与磁场磁感应强度b成反比,与其他物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理
需要说明的是,要严格设立公式(3-37),必须使测量条件满足以下假设
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被测定的液体是非磁性的
④被测液体的导电率均匀,各向同性。
图3-17电磁流量计原理简单图。
1-磁极2-电极3-配管。
(二)励磁方式。
励磁方式是产生磁场的方式。由此可见,为了严格设立公式(3-37),必须满足的条件是需要均匀一定的磁场。因此,有必要选择合适的励磁方式。目前,一般有直流激励磁、交流激励磁和低频方激励磁三种激励方式。现在分别介绍
1.直流激励磁。
直流励磁方式通过直流电产生磁场,或者采用永久磁铁,可以产生一定的均匀磁场。这种直流励磁变送器的优点是,由于交流电磁场的干扰小,可以忽视液体中自感现象的影响。但是,使用直流磁场容易使用测量管道的电解质液体极化,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,负离子向正极跑,正离子向负极跑。如图3-18所示,正负电极分别被反极离子包围,严重影响电磁流量计的正常工作。因此,只使用直流励金属于正极。
图3-18直流励磁方式。
2.交流激励磁铁。
目前,工业上使用的电磁流量计大多采用工作频率(50Hz)电源交流激励方式,即其磁场由正弦交换电流产生,因此产生的磁场也是交换磁场。交换磁场变送器的主要优点是消除电极表面的极化。此外,由于磁场交换,输出信号也是交换信号,扩大和转换低电平的交换信号比直流信号容易得多。
如果交流磁场的磁感应强度是。
b=Bmsint(3-38)
电极产生的感生电动势头是。
e=BmDsint(3-39)
被测量的体积流量是。
qv=d(3-40)
式中Bm——磁场磁感应强度的大值
——励磁电流的角频率=2f
t——时间;
f--电源频率。
公式(3-40)显示,测量管内径d不变,磁感应强度Bm为一定值时,两电极输出的感应电动势e与流量qv成正比。这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,交流磁场会带来一系列的电磁干扰问题。例如交流干扰、同相干扰等,这些干扰信号与有用的流量信号混合在一起。因此,如何正确区分流量信号和干扰信号,如何有效抑制和排除各种干扰信号已成为交流励磁电磁流量计开发的重要课题。
3.低频方波激励磁。
直流激励方式和交流激励方式各有优缺点,为了充分发挥优点,尽量避免缺点,70年代以来,人们开始采用低频方式激励方式。其激励电流波形如图3-19所示,其频率通常为工作频率的1/4-l/10
图3-19方波励磁电流波形。
从图3-19可以看出,半周期内磁场是一个稳定的直流磁场,具有直流激励磁场的特点,受电磁干扰的影响很小。从整个时间过程来看,方波信号是另一个交换信号,因此可以克服直流激励容易发生的极化现象。因此,低频方波激励磁是一种较好的激励磁方式,目前广泛应用于电磁流量计。总而言之,电磁流量计具有以下优点:
①电磁流量计可以避免交流磁场的正交电磁干扰
②电磁流量计消除分布电容引起的工作频率干扰
③电磁流量计抑制交流磁场在管壁和流体内部引起的涡流
④电磁流量计排除直流激励磁的极化现象

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