電磁流量計(jì)工作原理是什么？什么是法拉第電磁感應(yīng)定律？電磁流量計(jì)計(jì)算公式是什么？電磁流量計(jì)工作原理圖是什么？電磁流量計(jì)勵(lì)磁方式有哪幾種？
(一)電磁流量計(jì)工作原理是什么？什么是法拉第電磁感應(yīng)定律？
電磁流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱EMF）是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。50年代初EMF實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近年來(lái)世界范圍EMF產(chǎn)量約占工業(yè)流量?jī)x表臺(tái)數(shù)的5%～6.5%。70年代以來(lái)出現(xiàn)鍵控低頻矩形波激磁方式，逐漸替代早期應(yīng)用的工頻交流激磁方式，儀表性能有了很大提高，得到更為廣泛的應(yīng)用。
EMF的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場(chǎng)的非磁性測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向按“弗來(lái)明右手規(guī)則”，其值如下式
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式中 E-----感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即流量信號(hào)，V;
k-----系數(shù)；
B-----磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；
D----測(cè)量管內(nèi)徑，m；
--- 平均流速，m/s。
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設(shè)液體的體積流量為
，則
式中 K 為儀表常數(shù)，K= 4 KB/πD 。
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需要說(shuō)明的是，要使式（3—37）嚴(yán)格成立，必須使測(cè)量條件滿足下列假定：
①磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng)；
②被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布；③被測(cè)液體是非磁性的；
④被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。
圖3－17 電磁流量計(jì)原理簡(jiǎn)圖
1－磁極；2－電極；3－管道
勵(lì)磁方式即產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式．由前述可知，為使式(3—37)嚴(yán)格成立，第一個(gè)必須滿足的條件就是要有一個(gè)均勻恒定的磁場(chǎng)．為此，就需要選擇一種合適的勵(lì)磁方式。目前，一般有三種勵(lì)碰方式，即直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和低頻方波勵(lì)磁．現(xiàn)分別予以介紹．
1．直流勵(lì)磁
直流勵(lì)磁方式用直流電產(chǎn)生磁場(chǎng)或采用永久磁鐵，它能產(chǎn)生一個(gè)恒定的均勻磁場(chǎng)．這種直流勵(lì)磁變送器的最大優(yōu)點(diǎn)是受交流電磁場(chǎng)干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響．但是，使用直流磁場(chǎng)易使通過(guò)測(cè)量管道的電解質(zhì)液體被極化，即電解質(zhì)在電場(chǎng)中被電解，產(chǎn)生正負(fù)離子．在電場(chǎng)力的作用下，負(fù)離子跑向正極，正離子跑向負(fù)極．如圖3—18所示．這樣，將導(dǎo)致正負(fù)電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴(yán)重影響儀表的正常工作．所以，直流勵(lì)磁一般只用于測(cè)量非電解質(zhì)液體，如液態(tài)金屬等．
圖3－18 直流勵(lì)磁方式
2．交流勵(lì)磁
目前，工業(yè)上使用的電磁流量計(jì)，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵(lì)磁方式，即它的磁場(chǎng)是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是一個(gè)交變磁場(chǎng)．交變磁場(chǎng)變送器的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面的極化于擾．另外，由于磁場(chǎng)是交變的，所以輸出信號(hào)也是交變信號(hào)，放大和轉(zhuǎn)換低電平的交流信號(hào)要比直流信號(hào)容易得多．
如果交流磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為
B＝Bm sin t （3－38）
則電極上產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為
e＝Bm D sin t （3－39）
被測(cè)體積流量為
qv= D （3－40）
式中 Bm――磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值；
――勵(lì)磁電流的角頻率， ＝2 f；
t――時(shí)間；
f――電源頻率．
由式(3－40)可知，當(dāng)測(cè)量管內(nèi)徑D不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm為一定值時(shí)，兩電極上輸出的感生電動(dòng)勢(shì)e與流量qv成正比．這就是交流磁場(chǎng)電磁流量變送器的基本工作原理．
值得注意的是，用交流磁場(chǎng)會(huì)帶來(lái)一系列的電磁干擾問(wèn)題．例如正交干擾．同相干擾等，這些干擾信號(hào)與有用的流量信號(hào)混雜在一起．因此，如何正確區(qū)分流量信號(hào)與干擾信號(hào)，并如何有效地抑制和排除各種干擾信號(hào)，就成為交流勵(lì)磁電磁流量計(jì)研制的重要課題。
3．低頻方波勵(lì)磁
直流勵(lì)磁方式和交流勵(lì)滋方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了充分發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)，盡量避免它們的缺點(diǎn)，70年代以來(lái)，人們開始采用低頻方波勵(lì)磁方式．它的勵(lì)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(lì)磁電流波形
從圖3－19可見(jiàn)，在半個(gè)周期內(nèi)，磁場(chǎng)是恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)，它具有直流勵(lì)磁的特點(diǎn)，受電磁干擾影響很小．從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看，方波信號(hào)又是一個(gè)交變的信號(hào)，所以它能克服直流勵(lì)滋易產(chǎn)生的極化現(xiàn)象．因此，低頻方波勵(lì)磁是一種比較好的勵(lì)磁方式，目前已在電磁流量計(jì)上廣泛的應(yīng)用．概括一下，它具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
①能避免交流磁場(chǎng)的正交電磁干擾；
②消除由分布電容引起的工頻干擾；
③抑制交流磁場(chǎng)在管壁和流體內(nèi)部引起的電渦流；
④排除直流勵(lì)磁的極化現(xiàn)象．
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