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电磁流量计涡电流的产生
关键字:电磁流量计 日期:2012-12-17 8:33:39
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电磁流量计涡电流的产生
我们知道,处于交变磁场内的金属导体和导电流体电会像通电铁芯线圈的铁芯那样产生感应电势,出现感应电流。这些感应电流在金属导体和流体内围绕导体中心呈旋涡状流动,故称之为涡电流。涡电流在金属导体内和流体中流动,如同电流流过电阻一样,也会引起功率损耗,也就是涡电流损耗。涡电流损耗一方面引起导体、流体和管道发热温度升高;同时,削弱测量管内的磁场,降低感应信号。因此,必须研究涡电流产生的原因,采取措施尽量降低涡电流损耗,才能有效地减小信号的损失。
涡电流的发生是一种电磁感应现象。导体(金属管和流体)处于变动的磁场中,在导体内部会产生感应电势,变动的感应电势周围存在变动的二次磁通。这样,在导体内就会有与二次磁通相交连的感应电流发牛,这就是涡电流。在电磁流量汁传感器中产生涡电流的原因有两种情形。一种情形是测量管内的不等流速分布;另一种情形是磁场在管轴方向有限长。下面分别讨论这两种情形。
首先看流体流动状态的速度分布引起的涡电流。
由图1-l可以看出,圆管中心轴对称层流状态的速度分布呈抛物线状。这样,管轴中心的流速为最快,距管壁近的地方流速慢。因此,处在磁场中的导电液体内感应的电势就会像图2 - 18(a)所示的那洋,X轴线的最大,距管壁近的地方流速较小。这样分布大小不一致的变动电场周围形成了变动的、闭合二次磁力线。于是,就像图2- 18(b)所示的那样,在慌体内出现了闭合的涡电流流线 对于流体流动的紊流状态的速度分布图,可以近似地看成,圆管轴周围部分的流这是等流速分布状态,靠近管壁地方是抛物线状的速度分布
。因此,在变动磁场下,也会有涡电流产生。显然,紊流状态下涡电流的强度要小些。 接下来再看磁场管轴线方向的有限长的情况下涡电流是如何产生的。

图2 - 19所示,在测量管电极附近,磁感应强度B(z)是一定幅度的稳定值;在测量管的两端,B(z)急剧减弱。因此,在电极附近的感应电势比较大,而在两端逐渐减弱,最后下降到零。这样,造成流体内部的电场不均匀,引起在x-z的平行面上会产生涡电流。上面说的涡电流是在交流磁场下产生的,涡电流的大小与材料的电阻率有关。电阻率愈高,产生的涡电流愈小(如同铁心线圈的铁芯。为了降低涡电流,铁芯材料中加人高电阻率的硅).因而,考虑到涡电流,测量管的金属导管材料直选用高电阻率非导磁的奥氏体不锈钢材料或非金属的高纯氧化铝工业陶瓷材料。由于涡电流的原因,对T应用交流励磁测量流体介质的电导率也有一定限制。处于磁场中十分高的电导率的金属物体会有大量的涡电流产生,这将引起很大的涡流损失。为此,对液态金属测量多使用直流磁场或永久磁场。因为它们不存在电磁感应,不会有涡电流。可以分析出,交变磁场下的涡电流与流量感应电势间的相位相差90,它是造成正交干扰的原因。对矩形波励磁传感器,涡电流的波形则呈微分状态,与流量信号的积分状态成正交。

不管怎样,从图2 - 18和图2- 19可以看出,涡电流直接影响着输出流量信号 |
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