原(yuán)理(lǐ)
電磁(cí)流量(liáng)計(jì)（Eletromagnetic Flowmeters，簡稱EMF）是(shì)20世紀50~60年代隨(suí)著電子技(jì)術的(dí)發展(zhǎn)而(ér)迅速(sù)發展起(qǐ)來(lái)的新型流(liú)量測量(liáng)儀表(biǎo)
。電磁(cí)流量計(jì)是(shì)根據法拉第電磁(cí)感(gǎn)應定律製成的，電磁流(liú)量計用來測量(liáng)導電(diàn)液體(tǐ)體(tǐ)積(jī)流量(liáng)的(dí)儀表
。由於其*的(dí)優(yōu)點，電磁流(liú)量計目前已廣泛地被應(yīng)用於工業(yè)過(guò)程(chéng)中(zhōng)各(gè)種導電液體的流(liú)量測量(liáng)，如(rú)各種酸
，鹼
，鹽等腐蝕性介質；電(diàn)磁(cí)流量(liáng)計(jì)各(gè)種(zhǒng)漿(jiāng)液流(liú)量(liáng)測量(liáng)，形成了*的應用領(lǐng)域
。
在(zài)結構(gòu)上，電磁流(liú)量計(jì)由電磁流(liú)量傳感(gǎn)器和轉換器兩部(bù)分(fēn)組(zǔ)成(chéng)
。傳感器安裝在(zài)工業(yè)過(guò)程(chéng)管道上(shàng)，它的作用(yòng)是將流進管道(dào)內的(dí)液體體積流(liú)量(liáng)值綫性(xìng)地變(biàn)換成感生電(diàn)勢信號，並通過傳輸(shū)綫(xiàn)將此(cǐ)信號送到轉(zhuǎn)換(huàn)器
。轉換器(qì)安(ān)裝(zhuāng)在離傳(chuán)感器不太遠的(dí)地方，它將(jiāng)傳感(gǎn)器(qì)送來的(dí)流量信號進(jìn)行放大(dà)，並轉換(huàn)成流(liú)量(liáng)信號成(chéng)正比(bǐ)的標準(zhǔn)電信號輸出(chū)，以進(jìn)行(háng)顯示(shì)，累(léi)積(jī)和調(tiáo)節控製
。
電(diàn)磁(cí)流(liú)量計(jì)的基本原(yuán)理
(一)測量(liáng)原理(lǐ)
根據(jù)法拉第電磁感應定律，當一導(dǎo)體(tǐ)在磁場(cháng)中運(yùn)動(dòng)切(qiē)割(gē)磁(cí)力綫(xiàn)時，在導(dǎo)體(tǐ)的兩端即產生(shēng)感(gǎn)生(shēng)電勢e，其(qí)方向(xiàng)由右手(shǒu)定則(zé)確(què)定(dìng)，其大小與(yǔ)磁(cí)場(cháng)的磁感(gǎn)應強度B，導體在磁(cí)場(cháng)內的長度L及導(dǎo)體(tǐ)的運動速度u成(chéng)正比，如(rú)果B， L，u三者互(hù)相(xiāng)垂直，則
e＝Blu       (3－35)
與(yǔ)此(cǐ)相(xiāng)仿．在磁(cí)感(gǎn)應強(qiáng)度為B的(dí)均匀(yún)磁場(cháng)中，垂(chuí)直(zhí)於(yú)磁(cí)場方(fāng)向放(fàng)一個(gè)內徑為(wéi)D的(dí)不導(dǎo)磁(cí)管道，當導(dǎo)電液(yè)體(tǐ)在管道中(zhōng)以流速(sù)u流動時，導電流體就切(qiē)割(gē)磁(cí)力綫．如果(guǒ)在管道(dào)截麵上垂直於磁(cí)場的直徑兩端(duān)安裝一對(duì)電(diàn)極(jí)(圖(tú)3—17)則可以(yǐ)證(zhèng)明(míng)，隻(zhī)要(yào)管(guǎn)道內流(liú)速(sù)分(fēn)布為(wéi)軸(zhóu)對稱分布(bù)，兩電極(jí)之間(jiān)也(yě)特產生(shēng)感生電(diàn)動勢：
e＝BD        (3－36)
式中，為管道(dào)截(jié)麵上的(dí)平均流速．由此可得管道(dào)的體積(jī)流量為(wéi)：
qv＝πDUˉ＝   （3－37）
由上式可見，體積流量qv與感應電動勢e和測(cè)量(liáng)管(guǎn)內徑(jìng)D成綫性關(guān)係，與磁場的(dí)磁感應強度(dù)B成反比，與其(qí)它物理參數無(wú)關(guān)．這就(jiù)是電(diàn)磁(cí)流量計的測量(liáng)原(yuán)理．
需要(yào)說(shuō)明的是(shì)，要使式(shì)（3—37）嚴格成立(lì)，必須(xū)使測量條(tiáo)件滿(mǎn)足(zú)下(xià)列(liè)假(jiǎ)定：
①磁場(cháng)是(shì)均(jūn)匀分(fēn)布(bù)的恒定(dìng)磁(cí)場(cháng)；
②被測流(liú)體(tǐ)的(dí)流(liú)速軸對稱(chēng)分布；
③被(bèi)測液體是非(fēi)磁(cí)性(xìng)的(dí)；
④被測液體的電導率均(jūn)匀且各(gè)向同性
。
圖3－17電(diàn)磁流(liú)量(liáng)計原理簡(jiǎn)圖(tú)
1－磁極(jí)；2－電極；3－管道
(二)勵(lì)磁(cí)方(fāng)式
勵(lì)磁方式(shì)即產生磁場(cháng)的方式．由(yóu)前述(shù)可知，為使式(shì)(3—37)嚴格成立，*個(gè)必(bì)須(xū)滿(mǎn)足(zú)的條件(jiàn)就是要有一個均(jūn)匀(yún)恒定的磁場．為此(cǐ)，就需要選(xuǎn)擇一(yī)種合適的(dí)勵磁方(fāng)式(shì)
。目前(qián)，一(yī)般有三種勵碰(pèng)方式，即(jí)直(zhí)流(liú)勵磁(cí)
，交流勵(lì)磁和(hé)低(dī)頻(pín)方(fāng)波(bō)勵磁(cí)．現(xiàn)分別(bié)予(yú)以(yǐ)介紹．
1．直流(liú)勵(lì)磁
直(zhí)流勵(lì)磁(cí)方式(shì)用(yòng)直(zhí)流(liú)電產(chǎn)生(shēng)磁(cí)場(cháng)或(huò)采用*磁(cí)鐵，它能產(chǎn)生一(yī)個恒(héng)定(dìng)的(dí)均匀磁(cí)場(cháng)．這種(zhǒng)直流(liú)勵磁(cí)變送(sòng)器的zui大(dà)優點(diǎn)是(shì)受交(jiāo)流電(diàn)磁場(cháng)幹擾影響(xiǎng)很(hěn)小，因(yīn)而(ér)可(kě)以忽(hū)略液體(tǐ)中的自(zì)感(gǎn)現象(xiàng)的影(yǐng)響．但(dàn)是，使用(yòng)直(zhí)流(liú)磁(cí)場易使通過(guò)測(cè)量(liáng)管(guǎn)道(dào)的(dí)電解質液體(tǐ)被(bèi)極(jí)化(huà)，即電解質在(zài)電(diàn)場(cháng)中(zhōng)被(bèi)電解(jiě)，產(chǎn)生正負離子．在電場力的(dí)作用下，負離子跑(pǎo)向正極，正離子(zǐ)跑(pǎo)向負極(jí)．如圖(tú)3—18所示．這樣，將(jiāng)導致(zhì)正負電極分(fēn)別(bié)被相反極性的離子所(suǒ)包圍(wéi)，嚴重影響(xiǎng)電(diàn)磁(cí)流量計的正常工(gōng)作．所(suǒ)以(yǐ)，直流勵磁一般隻用於(yú)測量(liáng)非(fēi)電解質液(yè)體，如液(yè)態金屬等(děng)．
圖3－18直流勵磁(cí)方(fāng)式(shì)
2．交流(liú)勵磁(cí)
目前(qián)，工業上使用的(dí)電磁流(liú)量(liáng)計，大都(dū)采用工頻(pín)(50Hz)電源(yuán)交流(liú)勵(lì)磁方式(shì)，即它(tā)的磁(cí)場是由正(zhèng)弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生(shēng)的磁場(cháng)也是一(yī)個(gè)交(jiāo)變磁場．交(jiāo)變磁場變送(sòng)器的(dí)主(zhǔ)要優點是消(xiāo)除了電極表麵的極化於擾(rǎo)．另(lìng)外(wài)，由(yóu)於磁場是(shì)交(jiāo)變(biàn)的，所(suǒ)以(yǐ)輸(shū)出(chū)信(xìn)號(hào)也(yě)是交(jiāo)變(biàn)信號，放大和轉換低(dī)電平的交(jiāo)流(liú)信號(hào)要比直流(liú)信(xìn)號(hào)容易得多(duō)． 
如(rú)果(guǒ)交流磁場的(dí)磁(cí)感(gǎn)應強度為
B＝Bm sint             （3－38）
則電極上(shàng)產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢為
e＝Bm Dsint            （3－39）
被測體積(jī)流量為(wéi)
qv= D                  （3－40）
式(shì)中Bm――磁場磁感(gǎn)應強度(dù)的zui大(dà)值(zhí)；
――勵(lì)磁電流的角頻(pín)率(shuài)，＝2f；
t――時間；
f――電源(yuán)頻率．
由式(shì)(3－40)可知(zhī)，當(dāng)測量管(guǎn)內徑(jìng)D不變(biàn)，磁感應(yīng)強度Bm為一(yī)定值(zhí)時(shí)，兩(liǎng)電(diàn)極上輸出(chū)的感(gǎn)生(shēng)電動(dòng)勢e與流量qv成正比．這(zhè)就是(shì)交流磁(cí)場電(diàn)磁流(liú)量變(biàn)送器(qì)的基(jī)本工(gōng)作原理(lǐ)．
值得注(zhù)意的是，用交流(liú)磁(cí)場會(huì)帶來(lái)一係列的(dí)電(diàn)磁幹擾問題(tí)．例(lì)如正(zhèng)交(jiāo)幹擾(rǎo)．同(tóng)相(xiāng)幹(gān)擾等，這些幹擾信(xìn)號與(yǔ)有(yǒu)用(yòng)的流量信(xìn)號混雜(zá)在(zài)一(yī)起．因此(cǐ)，如何(hé)正(zhèng)確(què)區(qū)分(fēn)流(liú)量信號(hào)與(yǔ)幹擾(rǎo)信(xìn)號，並如(rú)何(hé)有(yǒu)效(xiào)地抑(yì)製(zhì)和(hé)排除各種幹(gān)擾信號(hào)，就(jiù)成(chéng)為交(jiāo)流勵(lì)磁電磁(cí)流(liú)量計(jì)研製的重(zhòng)要課(kè)題(tí)
。
3．低(dī)頻方(fāng)波勵(lì)磁
直流勵磁方(fāng)式和(hé)交(jiāo)流(liú)勵(lì)滋(zī)方式各有優(yōu)缺點，為了(liǎo)充分(fēn)發揮它們(mén)的(dí)優(yōu)點(diǎn)，盡量避(bì)免它們的缺點，70年代以來(lái)，人們開(kāi)始采(cǎi)用(yòng)低頻(pín)方波(bō)勵(lì)磁方式．它(tā)的(dí)勵磁電流波(bō)形如(rú)圖3—19所示，其(qí)頻(pín)率(shuài)通常為工頻(pín)的(dí)1／4－l／10．
圖(tú)3－19方(fāng)波勵磁電流(liú)波形
從(cóng)圖3－19可見，在半個周期內(nèi)，磁場是(shì)恒穩(wěn)的直流(liú)磁場，它具有直(zhí)流勵磁的特點(diǎn)，受(shòu)電磁(cí)幹擾影(yǐng)響很(hěn)小(xiǎo)．從整個(gè)時(shí)間(jiān)過(guò)程看，方(fāng)波信號(hào)又(yòu)是(shì)一(yī)個交變的信號，所以它能克服(fú)直(zhí)流勵(lì)滋易產(chǎn)生(shēng)的極化現(xiàn)象．因(yīn)此，低頻(pín)方(fāng)波勵磁(cí)是(shì)一種比(bǐ)較(jiào)好的勵磁方(fāng)式(shì)，目前已在電磁(cí)流(liú)量(liáng)計(jì)上廣(guǎng)泛(fàn)的(dí)應用．概(gài)括(kuò)一下(xià)，電磁流(liú)量計(jì)具(jù)有如下幾(jī)個優點(diǎn)：
①電磁(cí)流量計(jì)能(néng)避(bì)免(miǎn)交流(liú)磁場的(dí)正交(jiāo)電(diàn)磁幹擾；
②電磁流量計消除由(yóu)分(fēn)布(bù)電(diàn)容(róng)引(yǐn)起(qǐ)的(dí)工頻幹擾；
③電(diàn)磁流量(liáng)計抑(yì)製交(jiāo)流磁場在管壁(bì)和(hé)流(liú)體內部引(yǐn)起(qǐ)