西森·中國:FLDC系列電磁流量計工作原理
【文章導讀】 20世紀60年代隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái),由于電磁流量計獨特的優(yōu)點(diǎn),現已廣泛用于各種導電液體的流量測量。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電磁感應定律利用地磁場(chǎng)來(lái)測量泰晤士河的流速,因為信號太弱和極化電壓等妨礙沒(méi)有成功。后來(lái)柯林用交流磁場(chǎng)成功地測量了血液流動(dòng)的情況。第二次世界大戰后,電磁流量計作為工業(yè)上的測量?jì)x表得到使用。20世紀60年代隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái),由于它獨特的優(yōu)點(diǎn),現已廣泛用于各種導電液體的流量測量。
電磁流量計具有以下特點(diǎn):
1)傳感器測量管路中無(wú)任何阻力件及活動(dòng)件,因此無(wú)附加的壓力損失和流體堵塞現象,儀表結構簡(jiǎn)單、可靠、傳感器工作壽命長(cháng)。
2)由于感應電壓信號是在整個(gè)充滿(mǎn)磁場(chǎng)的空間中形成的,是管道截面的平均值,無(wú)機械慣性、響應快速、穩定性好、因此儀表所 需直管段較短,直管段長(cháng)度有5倍管直徑長(cháng)就行??捎糜谧詣?dòng)檢測、調節和程控系統。
3)傳感器測量管部分只有內襯和電極與被測液體接觸,只要合理選擇電極和內襯材料,即可耐腐蝕和耐磨損。
4)測量精度不受被測介質(zhì)的種類(lèi)及流體密度、黏度、溫度、壓力和電導率變化的影響,故無(wú)需進(jìn)行參數補償,傳感器感應電壓信號與平均流速呈線(xiàn)性關(guān)系,因此測量精度高,一般為±1%~±2.5%,最高可達±0.5%。
5)輸出電壓正比于體積流量,測量量程寬,可達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(chēng)的流動(dòng)狀態(tài)(層流或紊流)無(wú)關(guān)。
6)雙向測量系統,可測正向流量、反向流量,所以可用以測脈動(dòng)流量,并適合作為自動(dòng)調節系統的流量信號。
7)采用單片機嵌入式技術(shù),可實(shí)現數字勵磁和表面貼裝(SMT)技術(shù),性能可靠、精度高、功耗低、零點(diǎn)穩定、參數設定方便。
8)電磁流量計除可測量一般導電液體的流量外,還可測量液固兩相流,高黏度液流及鹽類(lèi)、強酸、強堿液體的體積流量。
電磁流量計在使用上還是有一定的局限性:
被測介質(zhì)必須是導電的液體;被測介質(zhì)的磁導率應接近于1,這樣液體磁性的影響才可忽略不計,所以不能用來(lái)測量鐵磁性介質(zhì)的流量;在存在較強的靜電感應、電磁感應和工頻干擾的現場(chǎng)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定律。在電磁流量計中,測量管中的導電介質(zhì)相當于法拉第試驗中的導電金屬桿,上下兩端的勵磁線(xiàn)圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。這樣,測量管相當于置于磁場(chǎng)中,使導電液體的流動(dòng)方向同磁場(chǎng)垂直。根據法拉第定律,當有導電介質(zhì)流過(guò)時(shí),在與其流向和磁場(chǎng)相垂直的方向則會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢。
由安裝在管道絕緣襯里上的兩個(gè)電極,或者通過(guò)測量管上與磁場(chǎng)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(guò)一個(gè)二次裝置加以處理。測量管道通過(guò)不導電的內襯(聚四氟乙烯、耐磨橡膠等)實(shí)現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。
感應電動(dòng)勢的大小與導體在磁場(chǎng)中的中效長(cháng)度及導體在磁場(chǎng)中做垂直于磁場(chǎng)方向運動(dòng)的速度成正比,同時(shí)會(huì )在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,感應電動(dòng)勢的方向由右手定則判定,感應電動(dòng)勢的大小由下列式子確定。
Ex=BDV
式中Ex——感應電動(dòng)勢(V);
B——磁感應強度(T);
D——管道內徑(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B不變時(shí),被測體積流量與感應電動(dòng)勢呈線(xiàn)性關(guān)系。若在管道兩側各插入一根電極,就可引入感應電動(dòng)勢Ex,測量此電動(dòng)勢的大小,就可求得體積流量。
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