1、流量测量的目的和意义 流量与电磁感应法的流量测量 电磁感应法的流量测量 电磁流量计的特点 电磁流量计的测量原理和理论 电磁流量计的组成 法拉第电磁感应定律 电磁流量传感器的工作原理 流体的定义和连续介质的形态 压缩性与膨胀性对电磁流量计测量的影响 表面张力对流量测量带来的影响 液体的电性质在电磁流量计测量时的表现 电磁流量计权重函数的物理意义 电磁流量计权重函数的实际应用 流速分布对电磁流量计的影响 磁场边缘效应对测量的影响一涡电流的产生 磁场在管轴线方向有限长情况下的灵敏度 电磁流量传感器的基本结构 电磁流量计励磁方式及其特点 电磁流量计励磁线圈的形状 电磁流量传感器的磁路分析电磁流量传感器
2、的磁路分析图 3 一 15 是电磁流量传感器的电气原理图。其中，x 和 Y 是励磁电流的输人端;A, B 是两个电极的信号输出端;C 是接流体的信号基准接地端，它形成了流量信号的差动基准电位点。图 3 一 16 是传感器励磁系统的等效电路。图中 r一励磁线圈铜电阻；Rc 磁扼等导磁件的磁滞损耗和金属测量管的涡流损耗等效电阻，总称铁损电阻;L 一线圈电感，这里忽略了漏感 Lx; Is-励磁电流;1c-铁损电流；Im-磁化电流。由电工学原理可知，励磁线圈通以交流电产生交变磁场。这种磁场有以下特点: (1)励磁线圈的磁势、磁通、磁感应强度等与交流励磁电流的频率、波形一样。如果励磁电流是正弦波，忽略铁
3、损电流的影响，磁通、磁感应强度和流量感应信号可以用下式表示:(t)= m sin2fB(t)= Bm sin2fE(t)= Bm sin2fDv式中 (t)和 B(t), E(t)分别为 t 时刻的磁通量、磁感应强度和感应的流量信号; m 和 Bm 为磁通和磁感应强度最大幅值;f 为频率。由此可见，电磁流量计感应的流量信号与交变磁场的频率一致。但考虑到铁损和铜损，它们之间存在着复杂的相位关系，或者说波形有一定的时间差。(2)对于交流电压励磁，因为励磁线圈基本上是感性负载，感抗在数值上比铜电阻大得多。励滋线圈中的励磁电流大小取决于线圈的电阻和电感，而且主要决定于电感。由于存在铁损电流，励磁电流不
4、能全部产生磁场，磁感应强度的大小只取决于磁化电流。(3)铁损电流的存在，不仅降低了磁化电流，产生功率损耗，而且使磁路的磁通(或磁感应强度)与励磁电流之间产生相位差。利用励磁线圈的等效电路和矢量图，我们可以分析交流正弦波励磁的相位关系和矩形波励磁的波形变化。图 3 一 17 为励磁系统的矢量图，用来分析交流正弦波励磁的电压、电流、磁场、信号和干扰电压的矢量关系。磁通 、磁感应强度 B 与磁化电流 Im 成正比。由电工学.磁通 滞后电感 L 的端电压 E,但超前于反电动势一 E 为 90 。励磁电流 Is、磁化电流 Im,和铁损电流 Ic 构成了电流矢量三角形。由于电感线圈的作用，励磁电流 Is
5、超前于磁化电流 Is 一个角度 。铜损电压是励磁电流 Is与励磁线圈的直流电阻 r 的乘积。励磁电压 Es、铜损电压(Is. r)和电感端电压 E 构成了电压矢量三角形。显然，电感端电压 E 超前励磁电压 Es 一个 角。通过上面矢量图的分析。给出电磁流量计实际应用中两个问题。一个是我们多次提到的正交干扰，它是与电动势 E 相位一致的。也就是说，正交干扰滞后励磁电压 Es 一个 角。因此，利用反相的励磁电压瓦来抵消正交干扰，需要移相 角，回到电动势 E 的相位上。第二个问题是，励磁电流 Is 超前于磁化电流 Im 一个角度。因此，应用励磁电流 Is 作为磁场基准时，也需要将励磁电流 Is 移相
6、 的角度，回到磁化电流 Im 的相位上。对于矩形波励磁.需要研究等效电路(图 3 一 18)中的铜损电阻 R、铁损电阻 Rc和电感 L 引起的电流极性变换过渡过程的时间常数和波形关系。分析脉冲 RL 电路过渡过程，必须注意到两个时间段。如图 3 一 19 的波形，设 t=0 时脉冲电流开始作用，经过 tp 后脉冲消失。在 0ttp 时.电路相当于接通开关 K，而以后相当于 K 断开。对于恒流源的负载接通开关 K 时，电路中的铜损电阻 R 和铁损电阻 Rc 是并联的。由于线圈的铜损电阻 R 远小于铁损电阻 Rc，所以数值上可以忽略铁损电阻 Rc 的影响。K 断开时，铜损电流远小于恒流源电流，其作
7、用也可以忽略。在 0ttp 时，利用电路的换路定律可得到电流、电压分别为了式中， 为该电路的时间常数。可见，电流 I 由原来的零逐渐按指数规律增长而趋于稳态值 Im，电感电压 Ul 则由零跃变到 RI0 后，立即按同一指数规律逐渐衰减而最后趋于零。也就是说电感相当于由一个开路元件变成短路元件。同样，可以分析在 ttp 的区间里，电感相当于短路元件电路的电流的初始条件为再依据电路的换路定律也可得到电流、电压为图 3 一 19 表示了 ttp，和 ttp 的各电流、电庄的波形。在电磁流量计中，产生传感器磁感应强度的是电流 I。电感电压 UL 是产生微分干扰的根源。显然，大的电感量其时间常数大，电流的上升(下降)时间长，微分干扰大，它将影响有用信号的采集。同时，对于较大口径的传感器，铁损电流大，也会影响到正常的测量。
