防腐型電磁（cí）流量計的工作原理及勵磁技術發展和趨勢

摘要（yào）: 防腐型（xíng）電磁流（liú）量計因其結構簡單、壓力損失小、可靠性高、精確度高等優點，廣泛應用於工業、農業和民用等領（lǐng）域（yù）的流量測量方（fāng）麵，其中的勵磁（cí）技術自（zì）始至終都是（shì）電磁流量計一個非常重要的研究方向。回顧電磁流量計勵磁方式的發展（zhǎn）過程，對勵磁方（fāng）式進（jìn）行了重（chóng）點分析，並預測其（qí）發展趨勢。
1 防腐型電（diàn）磁流量計的工作原理和發展曆程
隨著國民經濟的持續發展，企業的生產過程不斷優化（huà），因（yīn）此需要各種準確（què）的流量計。電磁流（liú）量計是用於測量具有一（yī）定電導率的液體介（jiè）質流量的儀表，因其沒有阻礙被（bèi）測液（yè）體流動的部件，所以不易造成管道（dào）堵塞，而且（qiě）其還具有耐（nài）腐蝕等眾多優點，所以電磁流量計在石油化（huà）工、造紙以及食品（pǐn）等行業有著重要的作用。
1. 1 工作原理
當被測液體（tǐ）流（liú）經工作磁場時，由於切割磁力線而在液體中產生（shēng）感生電勢 E 為:
e = KBDv
式中: K 為儀表常數，B 為磁感應強度，D 為管道內徑，v 為管（guǎn）道（dào）內（nèi）的平均流速。
防腐（fǔ）型（xíng）電磁流量計主要由傳感器和信號轉換（huàn）器兩（liǎng）部分組成。傳感器安裝在液體流經的管道上（shàng），它將管道內液體流（liú）動速度轉換成電壓信號，通（tōng）過（guò）傳輸線將此信號送到（dào）轉換器。轉換器則將傳感器送（sòng）來的流量信號進一步（bù）放大處理，轉換成輸出信號，可以就地顯示、遠傳顯示或用於控製。
1. 2 防腐型電磁流量計的發展曆程（chéng）
英國（guó）物（wù）理學家法（fǎ）拉*在 1832 年提出，可以利用地（dì）球磁場測量英國泰晤（wù）士河水的流量，但是由於相（xiàng）關理論和技術儲備不足，*終未獲成功（gōng）。
隨著對*化現象深入（rù）研究以及電子技術的進步（bù）， 在 20 世紀（jì） 50 年代初（chū），電磁流量計實現了工業（yè）化應用。20 世紀 80 年（nián）代以（yǐ）來，隨著材料技術的快速發展和微電子技術的不（bú）斷進步，使得電磁流量計也不（bú）斷趨於（yú）完善（shàn）成熟。現代的電磁流量計采用功能日益強大（dà）的微處理（lǐ）器技術，使防腐型電磁流（liú）量計的各項（xiàng）性能指標不斷提高。
2 勵磁技術的發展
勵磁係統是電磁流量計（jì）重要的核心部分，因為（wéi）磁場的形式直接（jiē）決（jué）定了液體所感生的流量信號特征。防腐型電磁流量計的抗幹擾能力、測量精度都與磁場的形（xíng）式有很（hěn）大（dà）關聯。勵（lì）磁（cí）技術主要（yào）有以下（xià）幾個發（fā）展方向（xiàng）。
2. 1 直流勵磁
采用直流勵磁時，被（bèi）測液體流經的磁場恒定不變，其優點（diǎn）為構造簡單可靠，受交流信號幹擾小。但（dàn）是（shì），由於（yú）電*輸出的（de）流量信號和電（diàn）**化電壓（yā）混疊（dié）在一起，而且二者均為直流信號，使得該幹擾（rǎo）很難從流量（liàng）信號中剝離出來，同時*化幹擾電壓隨著流體介質的流動狀態和液體溫度的改變（biàn）而變化。另外，電*上感生電（diàn）動勢是直流性質，導致被測流體中正負電荷的定向移動，隨著電（diàn）*附近離子的（de）不斷（duàn）聚集，*終使傳感器自身內阻（zǔ）增大，影響（xiǎng）其測量的準確性。
金屬液體中不存在電解（jiě）質液體的（de）*化問題且（qiě）電（diàn）導率很高，對直流勵磁非常有利。直（zhí）流勵磁（cí）適用於測量特殊的液態（tài）金屬。
2. 2 工頻（pín）正弦波勵磁
采用工頻正弦勵（lì）磁時，直接使用 50 Hz( 或 60 Hz)的工頻市電勵磁，其優點是流（liú）量信號為交流性（xìng）質，能夠有（yǒu）效（xiào）削（xuē）弱*化的不良作用，降低電*間等效內阻（zǔ）對測量的不良影響。交流勵磁電路非常簡（jiǎn）單，便於提高磁（cí）感應（yīng）強度，提高測量準確度。 交流的工作磁場始（shǐ）終在變化，導致其產生嚴重的正交（jiāo）幹擾和同（tóng）相幹擾，此外還存在電磁（cí）感（gǎn）應渦流效應、靜電感應、雜散電流等幹擾因素，疊加在流量信（xìn）號中難以去除。
2. 3 高頻正弦波勵磁
非接觸式的電容式防腐型（xíng）電磁（cí）流量計為降低耦合（hé）電容的容抗，增加輸出流量信號電壓幅值，所以需要將勵磁頻率提高到幾百赫茲甚至幾千赫茲。被測液體感生電動勢的頻（pín）率和信號幅值都有所提高（gāo），有利（lì）於轉換器提（tí）高信噪比。但是，正弦波勵磁所固有的微分幹（gàn）擾和同相幹擾，仍然對轉換器零點穩定性（xìng）有一定的影響。
2. 4 矩形波勵磁
矩（jǔ）形波勵（lì）磁同時具備直流（liú）勵磁和交流勵（lì）磁的優點，即直（zhí）流勵磁無正交幹擾和同相幹擾，而交流勵磁的*化幹擾小。由於（yú）產生正交幹擾和同相幹擾的（de）根本原因是工作磁場變化過程，如果工作磁場轉換過程足夠快，而且工作磁場保持穩定的采樣時間窗口足（zú）夠長，從而避免正（zhèng）交幹（gàn）擾和同（tóng）相（xiàng）幹（gàn）擾（rǎo）的不良影（yǐng）響，對流量信號進行提取分析，以顯著提高轉換器的（de）零點穩定性。矩形波勵磁又有兩種不同的工作（zuò）方式（shì），即低頻矩形波勵磁和高頻矩（jǔ）形波勵磁。低頻矩形波勵磁雖然能夠有效地降低（dī）各種幹擾（rǎo），但其（qí）勵磁周期較長，*終降低了傳感器的響應速度，該方法（fǎ）隻適用於流速（sù）變化緩慢的液體。高頻矩形波勵（lì）磁的（de）響應速度快，但隨之而來的感應幹擾問題（tí），導致其精度沒有低頻矩形波勵（lì）磁高（gāo）。
2. 5 雙頻勵磁（cí）
雙（shuāng）頻勵磁方式是一種高、低頻矩形波調製波的勵（lì）磁方式，其中低頻勵磁是為幫助提高信號放大電路的零點（diǎn）穩定性，而高頻勵磁能降低電*在被測液體介質（zhì）中所產生（shēng）的*化電壓，減小流量信號中的波動，同時（shí）還能提高測量的（de）響應（yīng）速度。但其輸（shū）出流量信號包括兩種頻（pín）率特征，後續處理過（guò）於複雜，進而（ér）製約（yuē）了它的發展和推廣。
3 勵磁技術的趨勢（shì）
3. 1 勵磁精度進（jìn）一步提高
工作磁場的精度直接決定了防腐型電磁流量（liàng）計的誤差。當勵磁電源波動或者勵磁繞組（zǔ）由於溫升而使其電阻（zǔ）變大時，導致磁場大（dà）小出現偏差（chà），電磁流量計的誤差變大。隨著電力電子技（jì）術的快速（sù）發展，對（duì）勵磁電流的精確控製已經很容易實現。同時，半導體開關器件（jiàn）的性能不斷（duàn）提升，新型勵磁電路的效率越來越高，而體積重量則越來越小。
3. 2 降（jiàng）低勵磁功率損（sǔn）耗
部（bù）分測量現場沒有提供市電，必須采用電池供電，所以需要進一步（bù）降低勵磁功率。當被測液（yè）體流速比較穩定時（shí），采用定時勵磁（cí）方（fāng）法，也可以有效地降低勵磁功率，延長電池使用壽（shòu）命。
4 結語
防腐型電磁流量計在（zài）工農業生產過程中有著無可替代的地位，因此電磁流量計的勵磁技術也將伴隨著相關新材料、新工藝以及新的理論和方法的出現，不斷克服各種技術瓶頸和（hé）障礙，進一步提（tí）高防腐型電磁流量計的測量精（jīng）度，拓寬測量範圍。

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