电磁流量计关键技术的.研究

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1、上海大学硕士学位论文第一章绪论本章主要内容：·电磁流量计的原理及特点●电磁流量传感器的发展现状●电磁流量计信号处理技术的发展现状1．1引言流量传感器及其仪表是冶金、电力、石化、食品、医药和环保等工业过程中最重要的自动化仪表之一，在国民经济中占有重要的地位。特别是在能源计量和环境保护方面，在注重节省能源，提高经济效益，控制污水排放的今天，流量测量的重要性就更加突出了，并且日益为越来越多的人所认识。流量测量的发展可以追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马人修渠引水，采用孔板测量流量【l】。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量

2、大小等等。流量作为一个动态量，可以测量的有气体、液体和混合流体这三种具有不同物理特性的流体；而测量流量需要考虑的条件又是多种多样的，如腐蚀性、测量时的温度压力范围、流量大小、被测流体的流动状态如层流、紊流等，对液体而言还存在着粘度大小、导电与否等不同情况。因此，为准确的测量流量，就必须研究不同流体在不同条件下的流量测量方法，并提供相应的测量仪表。由于被测流体的特性复杂，测量条件又各不相同，从而产生了各种不同的测量方法和测量仪表。早期工业中使用的流量计主要有孔板、皮托管、浮子流量计三种，但被测介质的范围也较窄，测量准确度也只满足低水平的生

3、产需要。第二次世界大战后，随着国际经济和科学技术的迅速发展，流量计量日益受到重视，流量仪表随之迅速发展起来。特别是近30年来，为满足不同种类流体特性、不同流动状态下的流量计量问题，先后研制出并投入使用的流量计有速度式流量计、容积流量计、动量式流量计、电磁流量计、超声波流量计等几十种新型流量计。随着工业生产向自动化方向的发展及人们日常生活发展的需要，流量仪表在整个仪表生产中所占比重越来越大，目前国内外投入使用的流量计有lOO多种。上海大学硕士学位论文品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种流量仪表能适用所有流量测量的场合，每种产品都有它特

4、定的适用性，也都有它的局限性。由于流量测量条件的复杂性以及科学技术的迅速发展，人们对流量计量提出更新更高的要求，流量计量的现况远不能满足生产生活的需要，还有大量的流量计量技术问题有待进一步研究解决。目前主要存在的关键问题如下：1．流量仪表的品种、规格、准确度和可靠性尚不能完全满足要求。特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、特大流量、微小流量等的测量问题，有待发展有效的测量手段。2．流量标准装置不能满足流量计检定要求，尤其是缺乏现场进行实液检定流量计的技术手段。针对上述问题，随着科学技术的发展，人们利用最新的技术成果研制新型流

5、量计，将超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等新技术引入流量计量领域，使得无接触、无活动部件和间接测量技术等大大发展，流量传感器趋向电子化、数字化、多功能化，为流量计量开拓新的领域。新型流量计具有量程比宽、智能化、可靠性高、价格低廉、维修方便的特点【2】o1．2电磁流量计基本原理当导体横切磁场移动时，在导体中感应出与速度成正此的电压，电磁流量计就是按这条电磁感应定律求得流体的流速和流量的。y图1．1电磁流量计测量原理电磁流量计应用法拉第电磁感应定律进行测量，因此与发电机同一原理。也即，当导体在磁场内移动时，就得到与其速度成正比的感应电动

6、势。用磁铁夹住有流体流过的管子，磁力线就通过管子内部，采用高输入阻抗的电压表测量由于6上海大学硕士学位论文流体运动而引起的电动势，就可以测量流速或流量【31。根据法拉第电磁感应定律，在均匀磁场B(特斯拉)的作用下，一个宽度为D(米)的导体以速度V(米／秒)沿着与磁场垂直的方向移动时，感应电动势就为E=BDV(伏特)。其测量原理如图1．1所示。如果在宽度为D且扁平的由绝缘体组成的管道内通过一均匀速度为V的导电流体时，也可以感应出等量的感应电动势。感应电动势和流速及体积流量Q(米3／秒)的关系式为：E=BDy=4BQ／万D(1—1)式1．1

7、中，矿为通过管道横截面上的流体平均流速。在此需要说明，上式的成立是建立于以下条件假设成立的基础上[4】【5】：首先，假设磁场恒定不变，而且是均匀分布的。这样就可以忽略导电液体在磁场中运动所产生的另外两种效应的影响，即液体中感生电流对磁场分布的影响以及这一感生电流与电磁力相互作用对液体流动速度的影响。这两种效应在测量液体金属时则不能忽略。其次，假设被测液体的流速为轴对称分布，而且液体中的感生电流与电场对称，且平行于液体的轴向：另外，还假设液体的导电率是均匀和各向同性的，且不受电场或液体流动的影响。这样就可排除“霍尔效应"带来的影响。通常情

8、况下，由被测液体的导电率变化和液体温度的非均匀性所引起的热点效应、离子迁移等现象，对流体测量的影响非常小。因此，可以假定这些现象都不存在，将其忽略不计。再次，假设被测液体是非磁性的，并且它的磁导率w与真空磁