PN-LDE電磁流量計的原理

（一）測量原理

根據法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應強度B，導體在磁場內的長度L及導體的運動速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，則e＝Blu

與此相仿．在磁感應強度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內徑為D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速u流動時，導電流體就切割磁力線．如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極（圖3?17）則可以證明，只要管道內流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產生感生電動勢：

e＝BD u式中， u為管道截面上的平均流速

由上式可見，體積流量qv與感應電動勢e和測量管內徑D成線性關系，與磁場的磁感應強度B成反比，與其它物理參數無關．這就是電磁流量計的測量原理．

需要說明的是，要使式（3）嚴格成立，必須使測量條件滿足下列假定：

①磁場是均勻分布的恒定磁場；
②被測流體的流速軸對稱分布；
③被測液體是非磁性的；
④被測液體的電導率均勻且各向同性。
 

（二）勵磁方式

勵磁方式即產生磁場的方式．由前述可知，為使式（3）嚴格成立，*個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場．為此，就需要選擇一種合適的勵磁方式。目前，一般有三種勵碰方式，即直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁．現分別予以介紹．

1．直流勵磁

直流勵磁方式用直流電產生磁場或采用*磁鐵，它能產生一個恒定的均勻磁場．這種直流勵磁變送器的zui大優點是受交流電磁場干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現象的影響．但是，使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子．在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極．如圖所示．這樣，將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作．所以，直流勵磁一般只用于測量非電解質液體，如液態金屬等．
2．交流勵磁

目前，工業上使用的電磁流量計，大都采用工頻（50Hz）電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產生的，所以產生的磁場也是一個交變磁場．交變磁場變送器的主要優點是消除了電極表面的極化于擾．另外，由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號，放大和轉換低電平的交流信號要比直流信號容易得多．

如果交流磁場的磁感應強度為

B＝Bm sin wt

則電極上產生的感生電動勢為

e＝Bm Dusin wt

被測體積流量為

qv= D

式中 Bm——磁場磁感應強度的zui大值；
w——勵磁電流的角頻率，w=2f；
t——時間；
f——電源頻率．

由式（3－40）可知，當測量管內徑D不變，磁感應強度Bm為一定值時，兩電極上輸出的感生電動勢e與流量qv成正比．這就是交流磁場電磁流量變送器的基本工作原理．

值得注意的是，用交流磁場會帶來一系列的電磁干擾問題．例如正交干擾．同相干擾等，這些干擾信號與有用的流量信號混雜在一起．因此，如何正確區分流量信號與干擾信號，并如何有效地抑制和排除各種干擾信號，就成為交流勵磁電磁流量計研制的重要課題。

3．低頻方波勵磁

直流勵磁方式和交流勵滋方式各有優缺點，為了充分發揮它們的優點，盡量避免它們的缺點，70年代以來，人們開始采用低頻方波勵磁方式．它的勵磁電流波形如圖所示，其頻率通常為工頻的1／4－l／10．
從圖可見，在半個周期內，磁場是恒穩的直流磁場，它具有直流勵磁的特點，受電磁干擾影響很小．從整個時間過程看，方波信號又是一個交變的信號，所以它能克服直流勵滋易產生的極化現象．因此，低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在電磁流量計上廣泛的應用．概括一下，它具有如下幾個優點：

①能避免交流磁場的正交電磁干擾；
②消除由分布電容引起的工頻干擾；
③抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流；
④排除直流勵磁的極化現象．