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

磁场边缘效应对测量的影响

磁场边缘效应对测量的影响一涡电流的产生
    我们知道,处于交变磁场内的金属导体和导电流体也会像通电铁芯线圈的铁芯那样产生感应电势,出现感应电流。这些感应电流在金属导体和流体内围绕导体中心呈旋涡状流动,故称之为涡电流。涡电流在金属导体内和流体中流动,如同电流流过电阻一样,也会引起功率损耗,也就是涡电流损耗。涡电流损耗一方而引起导体、流体和管道发热溢度升高;同时。削弱测量管内的磁场,降低感应信号。因此,必须研究涡电流产生的原因,采取措施尽量降低涡电流损耗,才能有效地减小信号的损失。
    涡电流的发生是一种电磁感应现象。导体(金属管和流体)处于变动的磁场中,在导体内部会产生感应电势,变动的感应电势周围存在变动的二次磁通。这样.在导体内就会有与二次磁通相交连的感应电流发生.这就是涡电流。
    在电磁流量计传感器中产生涡电流的原因有两种情形。一种情形是测量管内的不等流速分布;另一种情形是磁场在管轴方向有限长。下面分别讨论这两种情形。
    首先看流体流动状态的速度分布引起的涡电流。
    一章中我们讨论了流体流动的层流状态流速分布。由图1一1可以看出,圆管中心轴对称层流状态的速度分布呈抛物线状。这样,管轴中心的流速为快,距管壁近的地方流速慢。因此,处在磁场中的导电液体内感应的电势就会像图2一18(a)所示的那样,x轴线的大,距管壁近的地方流速较小。这样分布大小不一致的变动电场周围形成了变动的、闭合二次磁力线。于是,就像图2-18(b)所示的那样,在流体内出现了闭合的涡电流流线。   
    对于流体流动的紊流状态的速度分布图,可以近似地看成,圆管轴周围部分的流速是等流速分布状态,靠近管壁地方是抛物线状的速度分布。因此,在变动磁场下,也会有涡电流产生。显然.紊流状态下涡电流的强度要小些。接下来再看磁场管轴线方向的有限长的情况下涡电流是如何产生的。

电磁流量计
图2一19流体内涡电流的产生


    图2一19所示,在测紧管电极附近,磁感应强度B(z)是幅度的稳定值;在测量管的两瑞,B(z)急剧减弱。因此,在电极附近的感应电势比较大,而在两端逐渐减弱,后下降到零。这样,造成流体内部的电场不均匀,引起在x一z的平行面上会产生涡电流。

电磁流量计


    上面说的涡电流是在交流磁场下产生的,涡电流的大小与材料的电阻率有关。电阻率愈高.产生的涡电流愈小(如同铁心线圈的铁芯。为了降低涡电流.铁芯材料中加人高电阻率的硅)。因而,考虑到涡电流,测量管的金属导管材料应选用高电阻率、非导磁的奥氏体不锈钢材料或非金属的高纯氧化铝工业陶瓷材料。由于涡电流的原因,对于应用交流励磁测量流体介质的电导率也有限制。处于磁场中高的电导率的金属物体会有大量的涡电流产生.这将引起很大的涡流损失。为此,对液态金属测量多使用直流磁场或磁场。因为它们不存在电磁感应,不会有涡电流。可以分析出,交变磁场下的涡电流与流量感应电势间的相位相差90°,它是造成正交干扰的原因。对矩形波励磁传感器,涡电流的波形则呈微分状态,与流量信号的积分状态成正交。
    不管怎样,从图2一18和图2一19可以看出,涡电流直接影响着输出流量信号。


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