電磁流量計工作原理及結構分析

電磁流量計工作原理及結構簡述
    據法拉第電磁感應定律，當導體橫切磁場移動時，在導體中感應出與速度成正比的電壓，電磁流量計就是按這條電磁感應定律求得流體的流速和流量的。在電磁流量計實際應用中，導體就是導電液體，當導電液體流過電磁流量計時，導體中會產生感應電動勢，其感應電動勢與導電液體的流速、磁感應強度、導體寬度(流量計內徑)成正比“1。以V(m／s)表示導電液體的流速，D(m)表示導電液體流過的管子直徑，B(T)表示導電液體所處的磁場，u表示感應電動勢，那么電磁流量計的應用原理圖如圖2．1所示。設“圖2．1電磁流量計工作原理Fig 2 1 working principle for EMF在推導表述電磁流量計的原理和特征的基本方程式時，先作以下幾個基本假1)均流體的磁導率p均勻，且同真空中是一樣的。2)流體的電導率是均勻的，各向同性的，符合歐姆定律。根據本條假設有：j=盯瞄+礦×薈)(2．1)式中，j為電流密度：o為電導率，E為電場強度；B為磁場強度：V為流體速度(以上均為矢量)。電場E是基于流體內外存在著電荷而存在的量，第二項VXB是因磁場中流體運動引起的電磁感應。3)流體中的位移電流可以忽略。當角頻率為∞、流體的介電常數為￡時，若∞￡佑11，位移電流可以忽略。水或水溶液可滿足這一條件。反之，對于叮一O的油類，∞較高，所以位移電流占主要地位。除了歐姆定律以外，我們還以從麥克斯韋爾方程式為出發點，即：。f耳：j十絲。at d～b：D d如基：o(2．3)(2．4)式中，D=￡E為電通量密度；p為電荷密度；B=曲。式(2．2)右邊的aB伯t，如果是交流磁場，可用相位差來判別，如果是恒定磁場，則可忽略。同時，根據假設3)，忽略其位移電流aD伯t，就得到：。瀅：o(2．5)rot甚：連(2．6)從式(2．5)可以判定存在著出式(2．7)定義的電位u琶：一FqdU當沒有產生電流j的源點(電流源)時，由式(2．1)和式(2．8)得西∥：o硪，豈+西。(蘆×局：o(2．7)(2 8)(2．9)2 2西百rO—E 1I一

到由式(2．7)和式(2．9)得：可tU：d～帝x昏：毽rot專一誨ot毽(2．10)磁場不會因流體中感應電流而受到影響，所以式(2．10)的第二項為0，得呵：U：甚rot鏟(2．11)式(2．10)或式(2．11)為電磁量計的基本方程式。在適當的邊界條件下，根據給定的v和B問的空間分布，就可求得流速矢量v和電位u的相對應關系。假設，就可由式(2．11)的基本方程式推導出求電動勢的公式。1)管路的坐標是；在半徑為t的圓管截面上x—y坐標圖2．2坐標軸示意圖圖2．2所示。(O X(0，-t，O)圖2．2坐標軸示意圖F培2 2 Description ofx—Y-z“is 2)電極設在y軸上的A(O，t，0)、B(O，一t，O)點上。電極面積小到可以忽略。3)僅考慮z軸方向的流動；4)在x方向上加磁場，假設z方向上是一樣的；5)管壁為絕緣體，流體均勻；2=j圭【再(瓦嘉麗++再擊鏟)J：要卜Rezm+(_R)2∥一十A 2。、7=1+Σ("：I R『『掣i蘭_簍i孽萋羹霧淡品霧(戮篝舞蠹?!§gj黲薹￡。；i“i罩茬謄萋。；ts善囊·i～蕃≮j-；t譽善矗蓊羹蒿§～；；=毫毫||鉗．；』i墓霸；l，；li劇芝毯；巨n。；辯i；蠢暫妻斟§址液晶顯示控制字Oxfaol液晶顯示Oxfa02 A，DC讀數據端口Oxfa03，Oxfa04專用芯片計數器控制字Oxf∞8計數器00xa05計數器10xfa06計數器2Ox矗07
2．2電磁流量計的結構
   電磁流量計在結構上一般由智能電磁流量計傳感器和電磁流量計信號轉換器兩部分組成。一般情況一F傳感器和轉換器是分體的，傳感器安裝在生產過程工藝管道上，它的作用是將流經管內的液體流量值線性地變換成感應電勢信號，并通過傳輸線將此信號送到轉換器中去，主要由管組件、磁路系統、電極及干擾調整機構等部分組成。信號轉換器的作用是將傳感器送來的流量信號進行比較、放大、并轉換成統一標準的輸出信號，以實現對被測液體流量的遠距離指示、記錄、積算或調節控制。也有的電磁流量計將傳感器和信號轉換器裝在一起組成一體型電磁流量計，可就地顯示，并遠傳顯示和控制。如圖2．4是分體的傳感器和信號轉換器：L作原理圖。幽2 4一般電磁流量計構成Fig 2．4 Normal EMF sffucture根據電磁流量傳感器的特點，要求轉換器具備以下幾個方面的性能：1．線性放大能力轉換器應具有高穩定性能的線性放大器，能把毫伏級流量信號放大到足夠高的電平，并線性地轉換成標準電信號輸出。2．能夠分辨和抑制各種干擾信號根據不同的勵磁方式，轉換器應有相應的措施抑制或消除各干擾信號的影響。對于正交干擾，除了傳感器中的干擾調熬機構調零外，轉換器中應有分辨和則R，≥999r≈1000r(2 25)如果傳感器內阻R為200k Q，則轉換器的輸入阻抗至少為200MQ。如果傳感器內阻再提高，則轉換器輸入阻抗也應更高。傳感器內阻與被測介質的電導率Ⅱ以及電極與介質的接觸面積有關，對于通常采用的圓形電極來說，如果電極直徑d相對于電極間的距離D很小時，可以近似地用下式來計算傳感器內阻R；上耐(2 26)假設電極直徑為lcm，則為使傳感器內阻不超過200kQ，被測介質的電導率的最小值應控制在O-min=面1=贏s蛔=0．5x10-5S／cm(2．27)一般可以認為這個值是目前通用電磁流量計可測量的介質電導率的下限，相當于蒸餾水的電導率。如果希望測量電導率低的流體介質而又不影響傳輸精度，則轉換器應有更高的輸入阻抗。一般轉換器最小輸入阻抗約可達200MQ，目前國內一些較好的轉換器輸入阻抗已達10000M．Q以上。轉換器的輸入阻抗越高，測量時就越不容易受傳感器內阻變化的影響。可測介質的電導率下限也可降得越低，即擴大了電磁流量計的應用范圍。國外有特殊結構的電磁流量計，用與液體不接觸的電極以電容方式傳送流量信號，可測電導率下限達10“s／cm的液體。4．能消除電源電壓和頻率波動的影響對于交流勵磁的電磁流量計，即使管徑和平均流速保持不變，當電源電壓或頻率波動時，也會使電勢信號e波動。所以在檢測流量信號時，如果只檢測電勢信號e，就會使儀表的工作受電壓和頻率波動的影響。為了消除電壓和頻率波動的影響，可采用測量比值e／Bsinmt，而不是僅測量的方法。這樣，從流量的基本測量關系式可知，當管道直徑固定時，所測得的信號e／Bsino)t恰能反映流量，消除了電源電壓和頻率的影響。較早期的工頻勵磁電磁流量轉換器采用霍爾乘法器實現e／B的除法運算，由于霍爾乘法器體積大，工藝復雜，穩定性又差，可用乘法電路代替霍爾乘法器。對于方波勵磁的電磁流量計，由于B已基本不受電源的影響，所以不需要測量e／B，可直接避開微分干擾采樣流量信號。2．3電磁流量信號轉換器整體設計圖2．5智能型電磁流量計轉換器系統框圖Fig．2．5 System ofEMF signal converter電磁流星計信號轉換器是將傳感器送來的流量信號進行比較、放大、并轉換成統一一標準的輸出信號，以實現對被測液體流量的遠距離指示、記錄、積算或調節控制。那么由信號轉換器的工作任務進行分析，系統要完成對傳感器信號的采集、信號的處理以及將流量送出顯示這些任務，以及當系統運行異常時，為了保證系統的正常、可靠運行而進行的系統保護措施，考慮到信號轉換器所受的干擾，確立了采用模擬數字相結合的解決辦法。另外，考慮到電磁流量計的設計要實現好的抗干擾特性，必然涉及復雜邏輯：如通過脈沖輸出提高系統的輸出精度，方便實現與外部控制單元的隔離，提高電磁兼容性：為兼顧目前主流的4-20mA的輸出形式，確立以脈沖到電壓，再到電流的轉換形式，也在脈沖到電壓的轉換過程中，實現了電磁流量計與上一級控制單元的*隔離，進一步提高了系統的性能。對于種種脈沖的輸出，必然剝微處理器的中斷資源提出了更多的要求，由于MCS一5】只有兩個中斷接口，為了確保系統的實時性，引入了復雜邏輯門陣列(CPLD)設擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、V錐流量計、V型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入渦街流量計、智能渦街流量計，更多信息請訪問開封中儀網站：