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电磁流量计励磁线圈的形状
关键字:电磁流量计 日期:2013-1-7 9:33:58
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电磁流量计励磁线圈的形状
励磁系统由励磁线圈和导磁的铁芯组成。从物理学的知识知道,通电线圈周围产生磁场,磁场的大小与线圈的匝数、通电电流的大小有关。为了减小磁阻和漏磁,磁路中使用导磁性能好的铁磁材料以减小空气隙长度和磁阻,改变磁通的分布,获得所需要的工作磁场,这就是铁芯(磁轭)的作用。
上面曾提到,电磁流量计有均匀分布磁场和权重分布磁场之分,而测量管内的磁感应强度的分布是由励磁线圈的形状和尺寸决定的,下面分别叙述。
1.均匀磁场传感器的励磁线圈
(1)集中绕组
曾讨论到当传感器磁场有效长度在溅量管直径的2.8—3倍以上时,测量管电极附近一段距离内的磁场分布是均匀的。所以,均匀磁场的线圈应该是长方形的。如图3-9所示,
长方形线圈的长边安装在与测量管中心轴平行的位置,测量管内磁感应强度(磁通密度)大小主要决定于线圈的两条长边通电产生磁力线的密度.线圈的两条短边周围的磁力线多形成漏磁通,较小地影响测量管电极测量部位的磁感应强度。我们讨论的均匀磁场正是指与测量管中心轴垂直、靠电极附近的磁场分布。线圈的长边磁通决定磁感应强度大小的假设,可以通过比奥-萨伐定律给予解释。图3-9(a)、(b)的线圈结构被称为集中绕组结构。


图3 -9(a)是变压器铁芯型绕组。它的结构犹如两个“E”字型的变压器铁芯相连而成,测量管安装在两个磁极之间,磁极的宽度大于测量管的直径。因此,保证了电极附近区域的磁感应强度是均匀分布的。插入线圈的“E”型铁芯中间舌部形成的磁极,上下磁极紧贴测量管,空气隙较短,磁感应强度也较强,在一定流速下获得的信号比较大。由于结构和制造的问题,变压器型结构仅使用于小口径传感器。
图3 -9( b)是磁轭式集中绕组型。这种结构的励磁线圈是在测量管的上、下各安装一只无骨架的马鞍形线圈,线圈的外侧采用多层电工硅钢片制成磁轭代替“E型铁芯,并且在线圈中间部分平行安装两块导磁体作为磁檄,产生的磁场比较均匀,这种励磁结构比较适合于中小口径的传感器。
(2)分段绕组
磁轭式分段绕组型的结构是把励磁线圈分成若干个小线圈,然后把它们串联一起,安装在测量管L、下侧,外面用电工硅钢片制成的半圆形磁轭,把线圈紧箍在测犀管上。所以,这种形式的励磁结构紧凑,适合中、大口径传感器。
因为用两个平面的磁极,保证测量管处于等长的空气隙长度,得到相同的磁感应强度。所以,变压器铁芯结构和磁轭式集中绕组结构的磁场分布均匀。磁轭式分段绕组的空气隙长度,如图3-10所示.L的长是圆内平行于y轴直径的无数条弦长,这些弦长是不相等的。也就是说.磁轭式分段绕组的空气隙长度是不相等的。安培环路定律告诉我们,测量管内磁场大小和通电线圈电流与匝数的乘积成正比,与空气隙长度成反比。串联线圈的电流是相等的。当线圈的匝数按余弦规律分布时,靠近电极处空气隙长度最短,影响该处磁场强度是其周围线圈产生的磁力线;离开电极,尽管靠近测量管中心(y轴)处的空气隙长度最长,但该处的磁场强度会受整个线圈磁力线的影响。从效果看.空气隙长度长的地方,线圈的匝数多;空气隙长度短的地方,线圈匝数少,总是维持不同地方的磁通密度相同,使得处于测量管内的磁场强度呈均匀分布状态。
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