电磁流量计工作原理及结构分析电磁流量计工作原理及结构简述
据法拉第电磁感应定律，当导体横切磁场移动时，在导体中感应出与速度成正比的电压，电磁流量计就是按这条电磁感应定律求得流体的流速和流量的。在电磁流量计实际应用中，导体就是导电液体，当导电液体流过电磁流量计时，导体中会产生感应电动势，其感应电动势与导电液体的流速、磁感应强度、导体宽度(流量计内径)成正比“1。以v(m／s)表示导电液体的流速，d(m)表示导电液体流过的管子直径，b(t)表示导电液体所处的磁场，u表示感应电动势，那么电磁流量计的应用原理图如图2．1所示。设“图2．1电磁流量计工作原理fig 2 1 working principle for emf在推导表述电磁流量计的原理和特征的基本方程式时，先作以下几个基本假1)均流体的磁导率p均匀，且同真空中是一样的。2)流体的电导率是均匀的，各向同性的，符合欧姆定律。根据本条假设有：j=盯瞄+矿×荟)(2．1)式中，j为电流密度：o为电导率，e为电场强度；b为磁场强度：v为流体速度(以上均为矢量)。电场e是基于流体内外存在着电荷而存在的量，第二项vxb是因磁场中流体运动引起的电磁感应。3)流体中的位移电流可以忽略。当角频率为∞、流体的介电常数为￡时，若∞￡佑11，位移电流可以忽略。水或水溶液可满足这一条件。反之，对于叮一o的油类，∞较高，所以位移电流占主要地位。除了欧姆定律以外，我们还以从麦克斯韦尔方程式为出发点，即：。f耳：j十丝。at d～b：d d如基：o(2．3)(2．4)式中，d=￡e为电通量密度；p为电荷密度；b=曲。式(2．2)右边的ab伯t，如果是交流磁场，可用相位差来判别，如果是恒定磁场，则可忽略。同时，根据假设3)，忽略其位移电流ad伯t，就得到：。滢：o(2．5)rot甚：连(2．6)从式(2．5)可以判定存在着出式(2．7)定义的电位u琶：一fqdu当没有产生电流j的源点(电流源)时，由式(2．1)和式(2．8)得西∥：o硪，岂+西。(芦×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专一诲ot毽(2．10)磁场不会因流体中感应电流而受到影响，所以式(2．10)的第二项为0，得呵：u：甚rot铲(2．11)式(2．10)或式(2．11)为电磁量计的基本方程式。在适当的边界条件下，根据给定的v和b问的空间分布，就可求得流速矢量v和电位u的相对应关系。假设，就可由式(2．11)的基本方程式推导出求电动势的公式。1)管路的坐标是；在半径为t的圆管截面上x—y坐标图2．2坐标轴示意图图2．2所示。(o x(0，-t，o)图2．2坐标轴示意图f培2 2 description ofx—y-z“is 2)电极设在y轴上的a(o，t，0)、b(o，一t，o)点上。电极面积小到可以忽略。3)仅考虑z轴方向的流动；4)在x方向上加磁场，假设z方向上是一样的；5)管壁为绝缘体，流体均匀；2=j圭【再(瓦嘉丽++再击铲)j：要卜rezm+(_r)2∥一十a 2。、7=1+σ(：i r『『掣i兰_篓i孽萋羹雾淡品雾(戮篝舞蠹?!§gj黪薹￡。；i“i罩茬誊萋。；ts善囊·i～蕃≮j-；t誉善矗蓊羹蒿§～；；=毫毫||钳．；』i墓霸；l，；li剧芝毯；巨n。；辩i；蠢暂妻斟§址液晶显示控制字oxfaol液晶显示oxfa02 a，dc读数据端口oxfa03，oxfa04专用芯片计数器控制字oxf∞8计数器00xa05计数器10xfa06计数器2ox矗07
2．2电磁流量计的结构
电磁流量计在结构上一般由智能电磁流量计传感器和电磁流量计信号转换器两部分组成。一般情况一f传感器和转换器是分体的，传感器安装在生产过程工艺管道上，它的作用是将流经管内的液体流量值线性地变换成感应电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器中去，主要由管组件、磁路系统、电极及干扰调整机构等部分组成。信号转换器的作用是将传感器送来的流量信号进行比较、放大、并转换成统一标准的输出信号，以实现对被测液体流量的远距离指示、记录、积算或调节控制。也有的电磁流量计将传感器和信号转换器装在一起组成一体型电磁流量计，可就地显示，并远传显示和控制。如图2．4是分体的传感器和信号转换器：l作原理图。幽2 4一般电磁流量计构成fig 2．4 normal emf sffucture根据电磁流量传感器的特点，要求转换器具备以下几个方面的性能：1．线性放大能力转换器应具有高稳定性能的线性放大器，能把毫伏级流量信号放大到足够高的电平，并线性地转换成标准电信号输出。2．能够分辨和抑制各种干扰信号根据不同的励磁方式，转换器应有相应的措施抑制或消除各干扰信号的影响。对于正交干扰，除了传感器中的干扰调熬机构调零外，转换器中应有分辨和则r，≥999r≈1000r(2 25)如果传感器内阻r为200k q，则转换器的输入阻抗至少为200mq。如果传感器内阻再提高，则转换器输入阻抗也应更高。传感器内阻与被测介质的电导率ⅱ以及电极与介质的接触面积有关，对于通常采用的圆形电极来说，如果电极直径d相对于电极间的距离d很小时，可以近似地用下式来计算传感器内阻r；上耐(2 26)假设电极直径为lcm，则为使传感器内阻不超过200kq，被测介质的电导率的最小值应控制在o-min=面1=赢s蛔=0．5x10-5s／cm(2．27)一般可以认为这个值是目前通用电磁流量计可测量的介质电导率的下限，相当于蒸馏水的电导率。如果希望测量电导率低的流体介质而又不影响传输精度，则转换器应有更高的输入阻抗。一般转换器最小输入阻抗约可达200mq，目前国内一些较好的转换器输入阻抗已达10000m．q以上。转换器的输入阻抗越高，测量时就越不容易受传感器内阻变化的影响。可测介质的电导率下限也可降得越低，即扩大了电磁流量计的应用范围。国外有特殊结构的电磁流量计，用与液体不接触的电极以电容方式传送流量信号，可测电导率下限达10“s／cm的液体。4．能消除电源电压和频率波动的影响对于交流励磁的电磁流量计，即使管径和平均流速保持不变，当电源电压或频率波动时，也会使电势信号e波动。所以在检测流量信号时，如果只检测电势信号e，就会使仪表的工作受电压和频率波动的影响。为了消除电压和频率波动的影响，可采用测量比值e／bsinmt，而不是仅测量的方法。这样，从流量的基本测量关系式可知，当管道直径固定时，所测得的信号e／bsino)t恰能反映流量，消除了电源电压和频率的影响。较早期的工频励磁电磁流量转换器采用霍尔乘法器实现e／b的除法运算，由于霍尔乘法器体积大，工艺复杂，稳定性又差，可用乘法电路代替霍尔乘法器。对于方波励磁的电磁流量计，由于b已基本不受电源的影响，所以不需要测量e／b，可直接避开微分干扰采样流量信号。2．3电磁流量信号转换器整体设计图2．5智能型电磁流量计转换器系统框图fig．2．5 system ofemf signal converter电磁流星计信号转换器是将传感器送来的流量信号进行比较、放大、并转换成统一一标准的输出信号，以实现对被测液体流量的远距离指示、记录、积算或调节控制。那么由信号转换器的工作任务进行分析，系统要完成对传感器信号的采集、信号的处理以及将流量送出显示这些任务，以及当系统运行异常时，为了保证系统的正常、可靠运行而进行的系统保护措施，考虑到信号转换器所受的干扰，确立了采用模拟数字相结合的解决办法。另外，考虑到电磁流量计的设计要实现好的抗干扰特性，必然涉及复杂逻辑：如通过脉冲输出提高系统的输出精度，方便实现与外部控制单元的隔离，提高电磁兼容性：为兼顾目前主流的4-20ma的输出形式，确立以脉冲到电压，再到电流的转换形式，也在脉冲到电压的转换过程中，实现了电磁流量计与上一级控制单元的*隔离，进一步提高了系统的性能。对于种种脉冲的输出，必然剥微处理器的中断资源提出了更多的要求，由于mcs一5】只有两个中断接口，为了确保系统的实时性，引入了复杂逻辑门阵列(cpld)设扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入涡街流量计、智能涡街流量计，更多信息请访问开封中仪网站：