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电容式电磁流量计传感器结构及关键技术简介

了解和掌握电磁流量计的基本工作原理,数学模型和基本结构是电容式电磁流量计设计和调试的基础。蒸汽流量计主要用于工业管道中蒸汽介质流体的流量测量,蒸汽流量计特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。电磁流量计其作用是产生均匀的直流或交流磁场。直流磁路用永久磁铁来实现,其优点是结构比较简单,受交流磁场的干扰较小,但它易使通过测量导管内的电解质液体极化,使正电极被负离子包围,负电极被正离子包围,即电极的极化现象,并导致两电极之间内阻增大,因而严重影响仪表正常工作。当管道直径较大时,永久磁铁相应也很大,笨重且不经济,所以电磁流量计一般采用交变磁场,且是50HZ工频电源激励产生的。涡街流量计其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用,是一种比较先进、理想的测量仪器。该仪器主要分析了电磁流量计的测量原理,建立了基本的数学模型和流量信号的组成,并简要总结了电容式电磁流量计的传感器结构和关键技术。

1.电磁流量计的工作原理:

法拉第电磁感应定律指出,当导体在磁场中向切下的磁场线方向运动时,会在导体所在的闭合回路中产生感应电动势;它的大小与环的磁通量的变化率成正比,可以表示为:de kdt(2-1)

在公式(2≤1)中,e是V中感应电势的大小,表示闭环的磁通,单位为WB;k为比例系数,无量纲,尺寸由实验确定,负号指示感应电势的方向。如果不考虑公式(2≤1)中的诱导电势方向,则上层公式可表示为:dek k BLVdt。

式(2-2)中,B表示磁感应强度,单位为T,L表示导体切割磁感应线的有效长度,单位为m; V表示垂直于磁感应线的导体的移动速度,单位是m / s。从电磁流量计的基本结构可知,当待测液体在磁场中进行切割磁感应线的运动时,运动液体表面相当于运动导体,此时,还产生感应电动势。根据图2-1所示的物理模型,两个检测电极之间产生的感应电动势可表示为:abU?k BDV。

在上述公式中,abu为检测电极两端的感应电动势,单位为v;k为常数,尺寸由实验确定;b为垂直测量管轴线上的磁感应强度,单位为t;d为垂直测量管的直径。测量管,单位为m;v为被测流体的平均速度,单位为m/s。

根据瞬时流量公式:24?VDVQ?(2-4)

结合公式(2-3),公式(2-4)可以表示为:4?AB?AbvDU UQ KKB?(2-5)4?DKK?

总之,当测得的直径D和磁感应强度B的大小恒定时,可以从等式(2-3)得出结论:感应电动势abU的大小与流体的平均速度成线性关系。被测量。同时,从等式(2-5)可知,瞬时流量vQ与检测电极a和b之间的感应电动势abU成线性关系。因此,由电磁流量计测量的瞬时流量仅与待测流体的平均速度有关,并且不受其他因素的影响。

式(2-5)只是电磁流量计工作原理的理想数学模型。为了使上述关系成立,需要满足以下基本条件[1]:

(1)测量管必须填充导电液体,使切割的磁感线长度可以被管直径的长度所取代,并建立公式(2-3)。

(2)被测流体的电导率必须均匀。否则会影响电磁流量计基本微分方程的求解。

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