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详解介绍关于电磁流量计所有基础知识

来源:澳门合法搏彩网作者:发表时间:2018-12-28 08:52:06

      当电导体垂直于电磁场移动时,在该导体中感应出垂直于电磁通线和运动方向的电压。这种现象被称为电磁感应,它是所有机电发电机运行的基本原理。在发电机机构中,所讨论的导体通常是由铜线制成的线圈(或线圈组)。但是,导体必须由铜线制成。运动中的任何导电物质都足以电磁感应电压,即使该物质是液体。因此,电磁感应是一种适用于液体流速测量的技术。在实际意义上,使用这种技术只能测量液体流量。气体必须在能够导电之前被过热加热到等离子状态,因此电磁流量计不能用于大多数工业气体流动。考虑水流过管道,电磁场垂直穿过管道:
 
 
总厂1-1.jpg
 
      液体流动的方向垂直地穿过电磁通线,沿垂直于两者的轴产生电压。管壁中彼此相对的金属电极拦截该电压,使其对电子电路可读。由导体通过电磁场的线性运动引起的电压称为运动EMF,其大小通过以下公式预测(假设速度方向,电磁通线的方向和轴之间的完美垂直度)电压测量):
      ε= Blv
其中,
      ε=运动EMF(伏特)
      B =电磁通密度(特斯拉)
      l =通过电磁场的导体长度(米)
      v =导体速度(米/秒)
      假设固定电磁场强度(常数B)和电极间距等于管道的固定直径(常数l = d),能够影响感应电压大小的唯一变量是速度(v)。在我们的例子中,v不是线段的速度,而是液体流的平均速度(v)。由于我们看到该电压将与平均流体速度成比例,因此它也必须与体积流速成比例,因为体积流速也与平均流体速度成比例。因此,我们这里有一种基于电磁感应的流量计。这些流量计通常称为电磁流量计或简称电磁流量计。我们可以通过代数替换更准确地说明体积流量(Q)和运动EMF(ε)之间的关系。首先,我们将编写与体积流量相关的公式到平均速度,然后操纵它来求解平均速度:
      Q = Av
      Q / A = v
      接下来,我们重新说明运动EMF方程,然后用Q / A代替v来得到一个关于运动EMF与体积流量(Q),电磁通密度(B),管径(d)和管道的关联方程区域(A):
总厂1-3.jpg
 
      既然我们知道这是一个圆管,我们知道,面积和直径由式A =πD直接相关的相互2 /4进行。因此,我们可以将这个区域的定义替换为最后一个等式,以得到一个变量少一个的公式(只有d,而不是d和A):
总厂1-4.jpg
 
 
        如果我们希望有一个根据运动EMF(ε)定义流速Q的公式,我们可以简单地操纵最后一个方程来求解Q:
总厂1-5.jpg
 
      该公式将成功预测流量仅适用于绝对完美的情况。为了弥补不可避免的缺陷,“比例常数”(k)通常包含在公式中:
总厂1-6.jpg
 
其中,
      Q =体积流量(立方米/秒)
      ε=运动EMF(伏特)
      B =电磁通密度(特斯拉)
      d =流量管直径(米)
      k =比例常数
      注意这个等式的线性。我们在电磁流量计的等式中没有遇到功率,根或其他非线性数学函数。这意味着无需特殊表征来计算体积流量。该公式必须满足一些条件才能成功推断出感应电压的体积流量: 1、液体必须是相当好的电导体(注意:如果导电流体含有一些非导电固体,那么它是可以的;围绕非导电固体物质的导电流体仍能提供感应所需的电极之间的电连续性)。2、管道必须完全充满液体,以确保与两个探头接触,并确保流过管道的整个横截面。3、流量管必须正确接地,以避免液体中的杂散电流引起的误差。4、在安装之前仔细考虑过程液体满足第一个条件。电磁流量计制造商将指定待测液体的最小电导率值。通过在管道中正确安装电磁性流管来满足第二和第三条件。必须以确保流量管完全溢流(无气袋)的方式进行安装。流量管通常安装有水平相互交叉的电极(从不垂直!),因此即使是瞬间气泡也不会破坏电极尖端和液体流动流之间的电接触。与其他类型的流量计相比,澳门合法搏彩网电磁流量计具有多个优点。它们相当容忍涡流和其他大规模湍流流体行为,因为感应电压仅与导体的垂直速度成比例,在这种情况下是流体沿流管中心线的速度。因此,电磁流量计不需要孔板上游和下游的长管直管,这在许多管道系统中是很大的优点。通常需要5个直径的上游直管和3个直径的下游直管要求。
      此外,澳门合法搏彩网电磁流量计管的大开孔意味着绝对没有任何限制流量,导致永久压力损失极低。流体流动路径中没有任何障碍物意味着电磁流量计对液体流动流中的固体具有相当的耐受性,因此非常适合测量废水,浆液,木浆和可能堵塞其他类型的食品等工艺液体。流量计。实际上,由于这个原因,电磁流量计是废水,木材制浆和食品加工行业中主要使用的流量计技术。处理液的导电率必须满足一定的最小值,但这就是全部。对于一些技术人员来说,令人惊讶的是,液体电导率的变化对流量测量精度几乎没有影响。液体电导率的加倍不会导致感应电压加倍!运动EMF严格地取决于物理尺寸,电磁场强度和流体速度。电导率较差的液体在电压测量电路中比具有良好导电性的液体具有更大的电阻,但这并不重要,因为检测电路的输入阻抗非常高。液体电导率对流量计操作的影响可以通过以下DC电路建模:
 
 
总厂1-7.jpg
      这里,液体电阻的十倍(一个数量级)变化几乎不影响测量电压(49.995mV对49.95mV),因为流量变送器的电压感测电子电路具有如此高的输入阻抗。液体的等效电阻值必须显着增加,超出本例中所示的值,才能对流量测量精度产生任何显着影响。实际上,流体传导性是电磁流量计的唯一问题是当所讨论的流体具有可忽略的导电性时。这些流体包括去离子水(例如蒸汽锅炉给水,用于制药和半导体制造的超纯水)和油。大多数水性(水基)流体与电磁流量计一起工作良好。流量管的正确接地对于电磁流量计非常重要。由大多数液体流动流产生的运动EMF非常弱(1毫伏或更小!),因此可能容易被管道和/或液体中的杂散电流引起的噪声电压所掩盖。为了解决这个问题,电磁流量计通常配备有接地导体,用于分流(旁路)流量管周围的杂散电流,因此电极截获的唯一电压将是液体流动产生的运动EMF,而不是杂散产生的电压降。电流通过液体的阻力。
下图显示了罗斯蒙特8700型电磁力传感器,两根编织线接地带清晰可见,注意:编织导体在分流射频电流方面做得更好,因为在非常高的频率下,趋肤效应使导体的表面积在导电性方面比其横截面积更大。
总厂1-8.jpg
 
       请注意两个接地带如何连接到流量管外壳上的公共连接点。当流量管安装在生产线中时,该公共连接点也应粘接到功能性接地点。在这个特殊的传感器上,您可以看到近法兰面上的不锈钢接地环,连接到其中一根编织接地带。一个相同的接地环位于另一个法兰上,但在这张照片中并不清晰可见。这些环在管道由塑料制成的管道中提供与液体的电接触点,或者管道是金属但是衬有塑料材料以防腐蚀的管道。
       如果连接到电磁流量计的流量管的管道是导电的(例如金属),则可以通过将金属管的法兰与接地带连接到流量管体上的公共接地点来实现接地:如果连接到电磁流量计的流量管的管道是非导电的(例如塑料)或带有绝缘衬里的导电管(例如带有塑料衬里的金属管),则管道法兰的接地将毫无意义。为了使流量管接地有效,接地导体必须与流体本身具有电连续性。特殊的接地环可以夹在非导电管的凸缘之间,以提供与流体的电接触点。然后将这些接地环与接地带连接在一起,连接到流量管体上的公共接地点,如下所示:
总厂1-9.jpg
 
       一些电磁流量计的信号调节电子元件与流量管组件是一体的。这里显示了几个例子(左侧是一对小型电磁流量计,右侧是一个大型电磁流量计):
总厂1-10.jpg
 
      其他电磁流量计具有单独的电子元件和流量管组件,通过屏蔽电缆连接在一起。在这些安装中,电子组件称为流量变送器(FT),流量管称为流量元件(FE):
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      下一张照片显示了一个巨大的(36英寸直径!)电磁流元件(黑色)和流量变送器(蓝色,在人的手上显示为比例),用于测量城市污水处理厂的废水流量:
总厂1-12.jpg
 
      注意垂直管道方向,确保在流动条件下电极和水之间的持续接触。虽然理论上永电磁体应该能够为电磁流量计提供必要的电磁通量才能起作用,但这在工业实践中从未进行过。其原因与称为极化的现象有关,当在包含离子的液体(带电分子)上施加DC电压时发生这种现象。带电分子(离子)倾向于聚集相反电荷的极点附近,在这种情况下,它将是流量计电极。如果电磁流量计要使用诸如由永电磁体产生的恒定电磁通量,则这种“极化”将很快干扰运动EMF的检测。该问题的简单解决方案是交替电磁场的极性,因此运动EMF极性也交替并且从不给予流体离子足够的时间来极化。这就是为什么电磁流量计管始终采用电磁线圈来产生电磁通而不是永电磁体的原因。流量计的电子组件以交替极性的电流激励这些线圈,以便在移动的流体上交替感应电压的极性。永电磁体具有不变的电磁极性,只能产生极性恒定的感应电压,导致离子极化和随后的流量测量误差。一张澳门合法搏彩网电磁流量计图片,其中一个保护盖被移除,显示这些线圈清晰(蓝色): 
 
 
总厂1-13.jpg
        最简单的线圈激励形式可能是线圈通过线路电源的60 Hz交流电源供电,例如澳门合法搏彩网传感器的情况。由于运动EMF与流体速度和电磁场的电磁通密度成比例,因此这种线圈的感应电压也将是60Hz正弦波,其幅度随体积流速而变化。不幸的是,如果有任何杂散电流穿过液体以在电极之间产生错误的电压降,那么它也可能是60Hz AC。由于线圈由60Hz AC激励,任何这样的噪声电压可能被错误地解释为流体流动,因为传感器电子设备无法区分流体中的60Hz噪声和由流体流动引起的60Hz运动EMF。针对该问题的更复杂的解决方案使用用于流量管线圈的脉冲激励电源。这被电磁流量计制造商称为直流激励,这有点误导,因为这些“DC”激励信号经常反转极性,在示波器显示器上看起来更像AC方波。其中一个流量计的运动EMF将呈现相同的波形,振幅再次成为体积流量的指标。传感器电子设备可以更容易地抑制任何交流噪声电压,因为噪声(60赫兹,正弦波)的频率和波形与流动引起的运动EMF信号的频率和波形不匹配。电磁流量计最显着的缺点是对流量变化的响应时间较慢。为了实现“两全其美”的结果,一些电磁流量计制造商生产双频流量计,它们以两个混合频率激励其流量管线圈:一个低于60赫兹,一个高于60赫兹。由电极截取的所得电压信号被解调并解释为流速。
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