西森·中國:FLDC系列電磁流量計工作原理
【文章導(dǎo)讀】 20世紀(jì)60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來,由于電磁流量計獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已廣泛用于各種導(dǎo)電液體的流量測量。西森帶您了解FLDC系列污水電磁流量計的發(fā)展歷程以及工作原理。
1832年英國的法拉第根據(jù)電磁感應(yīng)定律利用地磁場來測量泰晤士河的流速,因為信號太弱和極化電壓等妨礙沒有成功。后來柯林用交流磁場成功地測量了血液流動的情況。第二次世界大戰(zhàn)后,電磁流量計作為工業(yè)上的測量儀表得到使用。20世紀(jì)60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來,由于它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已廣泛用于各種導(dǎo)電液體的流量測量。
電磁流量計具有以下特點(diǎn):
1)傳感器測量管路中無任何阻力件及活動件,因此無附加的壓力損失和流體堵塞現(xiàn)象,儀表結(jié)構(gòu)簡單、可靠、傳感器工作壽命長。
2)由于感應(yīng)電壓信號是在整個充滿磁場的空間中形成的,是管道截面的平均值,無機(jī)械慣性、響應(yīng)快速、穩(wěn)定性好、因此儀表所 需直管段較短,直管段長度有5倍管直徑長就行。可用于自動檢測、調(diào)節(jié)和程控系統(tǒng)。
3)傳感器測量管部分只有內(nèi)襯和電極與被測液體接觸,只要合理選擇電極和內(nèi)襯材料,即可耐腐蝕和耐磨損。
4)測量精度不受被測介質(zhì)的種類及流體密度、黏度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響,故無需進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償,傳感器感應(yīng)電壓信號與平均流速呈線性關(guān)系,因此測量精度高,一般為±1%~±2.5%,最高可達(dá)±0.5%。
5)輸出電壓正比于體積流量,測量量程寬,可達(dá)1:100;此外電磁流量計只與被測介質(zhì)的平均流速成正比,而與軸對稱的流動狀態(tài)(層流或紊流)無關(guān)。
6)雙向測量系統(tǒng),可測正向流量、反向流量,所以可用以測脈動流量,并適合作為自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量信號。
7)采用單片機(jī)嵌入式技術(shù),可實現(xiàn)數(shù)字勵磁和表面貼裝(SMT)技術(shù),性能可靠、精度高、功耗低、零點(diǎn)穩(wěn)定、參數(shù)設(shè)定方便。
8)電磁流量計除可測量一般導(dǎo)電液體的流量外,還可測量液固兩相流,高黏度液流及鹽類、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿液體的體積流量。
電磁流量計在使用上還是有一定的局限性:
被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電的液體;被測介質(zhì)的磁導(dǎo)率應(yīng)接近于1,這樣液體磁性的影響才可忽略不計,所以不能用來測量鐵磁性介質(zhì)的流量;在存在較強(qiáng)的靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和工頻干擾的現(xiàn)場不能使用。
電磁流量計的工作原理
電磁流量計的工作原理如圖所示,是基于法拉第的電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計中,測量管中的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第試驗中的導(dǎo)電金屬桿,上下兩端的勵磁線圈產(chǎn)生恒定磁場。這樣,測量管相當(dāng)于置于磁場中,使導(dǎo)電液體的流動方向同磁場垂直。根據(jù)法拉第定律,當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過時,在與其流向和磁場相垂直的方向則會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
由安裝在管道絕緣襯里上的兩個電極,或者通過測量管上與磁場垂直的徑向平面上的一對電容耦合型絕緣電極,產(chǎn)生正比于流速的電位差,此電壓信號可通過一個二次裝置加以處理。測量管道通過不導(dǎo)電的內(nèi)襯(聚四氟乙烯、耐磨橡膠等)實現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離?;谶@一原理的電磁流量計可以測量從任何方向流經(jīng)測量管的流量。
感應(yīng)電動勢的大小與導(dǎo)體在磁場中的中效長度及導(dǎo)體在磁場中做垂直于磁場方向運(yùn)動的速度成正比,同時會在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,感應(yīng)電動勢的方向由右手定則判定,感應(yīng)電動勢的大小由下列式子確定。
Ex=BDV
式中Ex——感應(yīng)電動勢(V);
B——磁感應(yīng)強(qiáng)度(T);
D——管道內(nèi)徑(m);
V——液體的平均流速(m/s )。
而體積流量計Qv等于流體的流速V與管道截面積(πD^2)/4的乘積,將上式代入得:
Qv=(πD/4B)Ex
由上式可知,在管道直徑D一定且保持磁感應(yīng)B不變時,被測體積流量與感應(yīng)電動勢呈線性關(guān)系。若在管道兩側(cè)各插入一根電極,就可引入感應(yīng)電動勢Ex,測量此電動勢的大小,就可求得體積流量。
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