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 电磁流量计电磁场的能量损耗

 电磁流量计电磁场的能量损耗

   电磁流量传感器的电磁场能量损耗集中在铁损和铜损两方面。铜损P1可按(3一7)式比较简单地计算。(3一7)
    应该注意到,交流励磁线圈一般要求小的铜电阻,这样铜损也较小。然而,对于矩形波脉冲励磁又希望线圈电阻不要太小,因为如上述分析,线圈电阻的大小影响时间常数。电阻小则时间常数大,感应的电压也大,正交干扰大,同时涡流损失加大。
    传感器的铁损比较复杂,一般铁损分为磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗是由于磁性材料的磁滞特性所造成:涡流损耗由包括导磁材料的涡流损失和处于磁场中导电测量管内的涡流损失以及导电流体介质产生的涡流损失等。对这些拟失我们分别作以下说明。
    1. 磁滞损失
    线圈通交流电后,由于磁滞现象,磁通总比励磁电流滞后一个相位角(此角称为磁滞角)。根据电工学理论分析,在磁扼或铁芯中的磁滞损耗Pc,用下式表示:
                               (3一8)
式中η为磁性材料的特性系数,由实验求得,也可以从有关手册查到;指数n的数值与Pc有关,对电磁流量传感器通常用的磁性材料n取1.6; f为励磁电源频率;Bm为大磁感应强度;
Vc为铁芯或磁扼体积。
    通常传感器的磁感应强度比较低,大多数郡在0.5T以卜。交流励磁时,为了减小磁滞损失、降低剩磁及矫顽力的影响,应尽量选择磁滞回线形状窄狭、磁化曲线较线性的铁磁材料做磁扼和极靴。一般选择无趋向的高磁导率电工硅钢片或使用的硅钢片的压延方向与磁力线的方向一致,这样磁滞损失可大大下降。对于低频矩形波励磁,式(3一8)可知,因其频率极低,磁感应强度很小,即使用低碳钢也可忽略其磁滞损失。
    2.导磁体内的涡流损失
    当铁芯线圈接通交流电源后,交流电流在线圈中流动,将在线圈周围产生交变磁场。根据电磁感应定律,这一交变磁场不仅在线圈中产生感应电动势,而且在铁芯中也会产生感应电动势,出现感应电流。这些感应电流在铁芯内围绕铁芯中心呈旋涡状流动,故称涡流。涡流在铁芯中流动,如同电流流过电阻一样,也会引起功率损耗,这就是涡流损失。理论分析表明,导磁体内的涡流损失,可用(3一9)式表示:
              (3一9)
    涡流损失与Kf的平方成正比。当电动势波形为正弦波时,取K:1=1.11 磁通的波形越平坦,则感应电动势:波形越尖,其波形系数Kf越大,造成的损失也越大。
    在硅钢片中掺人硅后,其导电系数γ大为降低,所以涡流损失也大为降低。涡流损失大小与硅钢片厚度b的平方成正比。因此,将硅钢片压得很薄,叠起来,是减少涡流损失的有效措施。涡流损失Pe大小与交变磁化的频率f及磁感应强度大值Bm的平方成正比。低频矩形波励磁磁路的涡流损失较小,甚至可以用低碳钢来作铁芯磁扼。但是,对于高频励磁,则必须用磁滞损失低和涡流损失小的硅钢片,甚至需要用坡莫合金材料作磁扼、铁芯。
    3.全属测量管内的涡流损失
在交变磁场中,金属测量管壁内会产生涡电流。根据参考文献[3]分析,传感器测量管壁内的涡电流损失PA可由式(3一10)表示:
 (3一10)
    由此可见,励磁电源的频率越高,磁场越强,磁场轴向长度越长。测量管直径越大,金属测量管的壁厚越厚,则涡电流越大。因此,低频矩形波励磁的涡电流要比交流工频励磁的涡电流小得多。而对于大口径传感器,则需要采用较低的频率和管壁不能过厚的金属管测量管。
    值得注意的是,对于交流励磁,金属管内涡电流的大小同时影响着磁感应强度滞后于励磁电流的相位角α的大小,即:
                    (3一11)
对于低频矩形波励磁,涡流大小影响着磁通和流量信号的波形。测量管大的涡电流可能使磁通和流量信号的波形上升沿和下降沿的时间拉长,甚至变成三角波。这样会破坏测量的线性度。因为影响因素太多,目前未见到有人对于低频矩形波励磁的涡电流大小作出定量分析。涡电流对磁通和流量信号波形的影响程度也未见到定量分析。
    4.导电流体测量介质的涡电损失
    由于导电液体产生涡电流的机理较为复杂.而且其影响也远小于上文分析的磁滞损失和涡流损失。所以.这里我们可以忽略导电流体的涡电流影响。


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