在進行流量測量時，如果被測介質具有導電性，則可以使用電磁流量計來測量。4.6電磁流量計

圖4-12電磁流量計原理圖

電磁流量計由變送器和顯示儀組成。被測流體由傳感器變換成感應電勢，然后再由轉換器將感應電勢轉換成統(tǒng)一的直流標準信號輸出。

一、工作原理

電磁流量計是依據法拉第電磁感應定律來測量流量的。

根據法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產生感生電勢E，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應強度B，導體在磁場內的長度及導體的運動速度成正比。當導電的液體在磁場中作垂直于磁力線方向的流動而切割磁力線時，也會產生感應電勢。將一個直徑為D的管道放在一個均勻磁場中，并使之垂直于磁力線方向。管道由非導磁材料制成，如果是金屬管道，內壁上要裝有絕緣襯里。當導電液體在管道中流動時，便會切割磁磁力線。如果在管道兩側各插入一根電極，則可以引出感應電勢。只要管道內流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產生感生電動勢，其大小與磁場、管道和液體流速有關。：管道截面上的平均流速由此得出流體的體積流量與感應電勢的關系為：式中：Ex——感應電勢；

B——磁感應強度；

D——管道內徑。需要說明的是，要使上面的流量公式嚴格成立，必須使測量條件滿足下列假定：

①磁場是均勻分布的恒定磁場；

②被測流體的流速軸對稱分布；③被測液體是非磁性的；④被測液體的電導率均勻且各向同性。二、變送器的結構及特性磁路系統(tǒng)、電極、測量導管、絕緣襯里、外殼等構成。（1）磁路系統(tǒng)磁路系統(tǒng)的作用是產生均勻的直流或交流磁場。

勵磁方式

勵磁方式即產生磁場的方式．由前述可知，為使上述流量公式嚴格成立，第一個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場．為此，就需要選擇一種合適的勵磁方式。目前，一般有三種勵磁方式，即直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁。（a）直流勵磁直流勵磁方式：采用永久磁鐵，它能產生一個恒定的均勻磁場．優(yōu)點：受交流電磁場干擾影響很小，可忽略液體中的自感現(xiàn)象的影響．缺點：使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子．在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極．這樣，將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作．直流勵磁一般只用于測量非電解質液體，如液態(tài)金屬等。

直流勵磁方式（b）交流勵磁目前，工業(yè)上使用的電磁流量計，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產生的，所以產生的磁場也是一個交變磁場。主要優(yōu)點：消除了電極表面的極化于擾．另外，由于磁場是交變的，輸出信號也是交變信號，放大和轉換低電平的交流信號要比直流信號容易得多。交流磁場會帶來一系列的電磁干擾問題．例如正交干擾．同相干擾等，這些干擾信號與有用的流量信號混雜在一起。如何，并如何有效地抑制和排除各正確區(qū)分流量信號與干擾信號種干擾信號，就成為交流勵磁電磁流量計研制的重要課題。

（c）低頻方波勵磁20世紀70年代以來，人們開始采用低頻方波勵磁方式．它的勵磁電流波形右所示，其頻率通常為工頻的1／4－l／10．方波勵磁電流波形低頻方波勵磁具有如下幾個優(yōu)點：①能避免交流磁場的正交電磁干擾；②消除由分布電容引起的工頻干擾；③抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流；④排除直流勵磁的極化現(xiàn)象．（2）電極電極一般是由非導磁的不銹鋼材料制成。而用于測量腐蝕性流體時，電極材料多用鉑銥合金、耐酸鎢基合金或鎳基合金等。要求電極與內襯齊平，以便流體通過時不受阻礙。（3）測量導管流過被測流體，兩端設有法蘭，用做連接管道。測量導管采用非導磁、低電導率、低熱導率和具有一定機械強度的材料制成，可選用不銹鋼、玻璃鋼，也有用剛玉管的。

（4）絕緣襯里用不銹鋼等導電材料做導管時，在測量導管內壁與電極之間必須有絕緣襯里，以防止感應電勢被短路。為防止導管被腐蝕并使內壁光滑，常常在整個測量導管內壁涂上絕緣襯里，襯里材料視工作溫度不同而不同，一般常用搪瓷或專門的橡膠、環(huán)氧樹脂等材料。三、變送器的信號處理電磁流量計轉換器的任務是處理變送器輸出的交變信號，放大有用信號，消除干擾，并轉換成4-20mA的統(tǒng)一直流標準信號。（1）

交流正弦波勵磁方式帶來的各種干擾使用交流正弦波產生勵磁信號，可以克服直流勵磁產生的極化干擾，但又會帶來正交干擾和共模干擾，因此需要利用轉換器消除這類干擾。（a）正交干擾的產生采用交變磁場時，磁感應強度，則感應電勢的方程式為：式中，為磁感應強度的最大幅值；為交變磁場的角頻率。在電磁流量計工作時，管道內充滿導電液體，因而交變磁通也要穿過由電極引線、被測液體和轉換部分的輸入阻抗構成的閉合回路（圖4-19所示），從而在該回路內產生一個干擾電勢，干擾電勢的大小為：圖4-19電極引出線形成的閉合回路圖信號電勢Ex與干擾電勢et的頻率相同，而相位相差90°，所以習慣上稱此項干擾為正交干擾（或90°干擾）。一般是在變送器部分的結構上注意使電極引線所形成的平面保持與磁力線平行，避免磁力線穿過此閉合回路，并設有機械調整裝置，以減小干擾電勢。此外設有調零電位器。圖4-20調零電位器示意圖（b）共模干擾在兩個電極上同時出現(xiàn)的、幅值和相位都相同的干擾，一般稱為共模干擾，即兩級對地共同產生一個電位變化。產生的原因如下：抑制共模干擾的方法：對付靜電感應引起的共模干擾，應對電極和勵磁繞組進行嚴格的靜電屏蔽，以降低勵磁繞組與電極間的分布電容。降低勵磁電壓也降低共模干擾。更重要的是用一根導線將變送器的殼體、轉換器的殼體、被測液體、管道等連在一起并接地，也就是使得它們“共地”，此時減至最小。此外轉換器的前置放大器應選擇抑制共模干擾能力強的線路。（3）勵磁電壓的幅值和頻率變化引起的干擾當勵磁電壓的幅值變化時，勵磁電流變化，造成磁感應強度的變化。這時雖然被測液體的流速沒有變化，感應電勢卻發(fā)生了變化，造成測量誤差。勵磁電壓的頻率一旦發(fā)生變化，由于勵磁繞組是感性負載，阻抗也隨之發(fā)生變化，同樣造成勵磁電流的變化，也引起測量誤差。必須對信號電壓進行除以磁感應強度的運算，一旦由于上述干擾引起的B增加（減少），造成的Ex增加（減少），但Ex/B卻沒有變化，即可消除此項干擾。這種運算功能也是由轉換器電路實現(xiàn)。2.轉換器結構及信號處理圖4-22正弦波勵磁轉換器構成原理1—前置放大器；2—主放大器；3—相敏整流器；4—功率放大器5—正交干擾抑制器；6—霍爾乘法器；7—電源圖4-23轉換器方框圖方波勵磁采用交流正弦波勵磁存在難以完全消除的90°干擾電壓，而完全采用直流磁場又有極化的弊端，因此目前電磁流量計廣泛采用低頻二態(tài)矩形波、三態(tài)矩形波及雙頻波勵磁方式。（a）二態(tài)矩形波（b）三態(tài)矩形波（c）雙頻波圖4-24勵磁波形四、電磁流量計的使用特點a.測量管道內沒有可動部件或突出于管內的部件，所以幾乎沒有壓力損失，可以測量各種腐蝕性液體以及帶有懸浮顆粒的漿液。b.輸出電流與介質流量呈線性關系，且不受液體物理性質（溫度、壓力、粘