电磁流量计的工作原理

电磁流量计（Eletromagnetic Flowmeters，简称EMF）是20世纪50~新型流量测量仪器在20世纪60年代随着电子技术的发展而迅速发展。根据法拉第电磁感应定律制作的电磁流量计，用于测量导电液体积流量。由于其独特的优点，电磁流量计已广泛应用于工业过程中各种导电液体的流量测量，如酸、碱、盐等腐蚀磁流量计形成了独特的应用领域。
电磁流量计由电磁流量传感器和转换器组成。传感器安装在工业管道上。其功能是将流入管道的液体体积流量值线性转换为感应电势信号，并通过传输线将信号发送到转换器。转换器安装在离传感器不远的地方，放大传感器发送的流量信号，转换为标准电信号输出，以显示、积累和调整控制。

编辑搜图

点击输入图片描述

电磁流量计的基本原理
(一)测量原理
根据法拉第电磁感应定律，当一个导体在磁场中移动并切割磁线时，它会在导体的两端产生感应电势e，其方向由右手确定，其大小和磁场的磁感应强度B，如果磁场中导体的长度L与导体的运动速度u成正比B， L，u三者相互垂直，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 (3－36)
管道截面上的平均流速为：
qv＝πDUˉ＝ （3－37）
从上面可以看出，体积流量qv与感应电势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，与其它物理参数无关。这是电磁流量计的测量原理
需要注意的是，要严格建立使式(3-37)，测量条件必须满足以下假设:
①磁场是分布均匀的恒定磁场；
②对称分布被测流体的流速轴；
③被测液体为非磁性；
④被测液体的电导率均匀，各向同性。
图3－17电磁流量计原理简图

编辑搜图

点击输入图片描述

(二)励磁方法

励磁方法是产生磁场的方法。从上面可以看出，为了严格建立使用（3-37），第一个必须满足的条件是有一个均匀和恒定的磁场。因此，有必要选择一种合适的励磁方法。目前，通常有直流励磁、交流励磁和低频方波励磁三种励磁方法。现在分别介绍。

1．直流励磁

直流励磁法通过直流电产生磁场或永久磁铁，可以产生恒定均匀的磁场。这种直流励磁变送器最大的优点是受交流电磁场干扰的影响很小，因此可以忽略液体中自感现象的影响。然而，通过测量管道的电解质液体很容易被极化，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。这将导致正负电极被相反极性的离子包围，严重影响电磁流量计的正常运行。因此，直流励磁通常只用于测量液体金属等非电解质液体

图3-18直流励磁模式

编辑搜图

点击输入图片描述

2．交流励磁

目前工业上使用的电磁流量计大多采用工频(50Hz)电源交流励磁模式，即其磁场是由正弦交变电流产生的，因此产生的磁场也是交变磁场。交变磁场变送器的主要优点是消除了电极表面的极化和干扰。此外，输出信号也是交变信号，因为磁场是交变的，比直流信号更容易放大和转换低电平的交流信号。

如果交流磁场的磁感应强度为

B＝Bm sint （3－38）

电极上产生的感应电势为

e＝Bm Dsint （3－39）

被测体积流量为

qv= D （3－40）

式中Bm――磁场磁感应强度的最大值；

――励磁电流的角频率=2f；

t――时间；

f――电源频率．

从公式(3-40)可以看出，当测量管内径D不变时，磁感应强度Bm当输出在两个电极上的感应电动势e和流量为一定值时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，使用交流磁场会带来一系列的电磁干扰问题，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，如何有效抑制和消除各种干扰信号，已成为交流励磁电磁流量计开发的重要课题。

3.低频方波励磁

直流励磁法和交流励磁法各有优缺点。为了充分发挥它们的优势，尽量避免它们的缺点，自20世纪70年代以来，人们开始采用低频方波励磁法。其励磁电流波形如图3-19所示，其频率通常为工作频率的1/4l／10．

图3-19

编辑搜图

点击输入图片描述

从图3-19可以看出，在半个周期内，磁场是一个恒定的直流磁场，具有直流励磁的特点，受电磁干扰的影响很小。从整个时间过程来看，方波信号是一个交替信号，因此可以克服直流励磁容易产生的极化现象。因此，低频方波励磁是一种更好的励磁方法，已广泛应用于电磁流量计。总结一下，电磁流量计具有以下优点：

①电磁流量计可避免交流磁场的正交电磁干扰；

②消除分布电容引起的工频干扰；

③电磁流量计抑制管壁和流体内交流磁场引起的电涡流；

④电磁流量计消除了直流励磁的极化。