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 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

 电磁流量传感器的磁路分析

电磁流量计

电磁流量计


    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:
     φ(t)= φm sin2πf
      B(t)= Bm sin2πf
      E(t)= Bm sin2πfDv
式中φ(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; φm和Bm为磁通和磁感应强度大幅值;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,励磁电流不能产生磁场,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。

电磁流量计

      
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φ、磁感应强度B与磁化电流Im成正比。由电工学.磁通φ滞后电感L的端电压E,但超前于反电动势一E为90 º。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超前于磁化电流Is一个角度α。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β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β角。因此,利用反相的励磁电压瓦来抵消正交干扰,需要移相β角,回到电动势E的相位上。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α的角度,回到磁化电流Im的相位上。

电磁流量计

电磁流量计


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0≤t≤tp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,其作用也可以忽略。
在0≤t≤tp时,利用电路的换路定律可得到电流、电压分别为了


式中,τ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t≥tp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t≤tp,和t≥tp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。


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