流量測量的目的和意義 流量與電磁感應法的流量測量 電磁感應法的流量測量 電磁流量計的特點 電磁流量計的測量原理和理論 電磁流量計的組成 法拉電磁感應定律 電磁流量傳感器的工作原理 流體的定義和連續介質的形態 壓縮性與膨脹性對電磁流量計測量的影響 表面張力對流量測量帶來的影響 液體的電性質在電磁流量計測量時的表現 電磁流量計權重函數的物理意義 電磁流量計權重函數的實際應用 流速分布對電磁流量計的影響 磁場邊緣效應對測量的影響一渦電流的產生 磁場在管軸線方向有限長情況下的靈敏度 電磁流量傳感器的基本結構 電磁流量計勵磁方式及其特點 電磁流量計勵磁線圈的形狀 電磁流量傳感器的磁路分析 電磁流量計電磁場的能量損耗

 電磁流量計電磁場的能量損耗

   電磁流量傳感器的電磁場能量損耗集中在鐵損和銅損兩方面。銅損P1可按(3一7)式比較簡單地計算。(3一7)
    應該注意到,交流勵磁線圈一般要求小的銅電阻,這樣銅損也較小。然而,對于矩形波脈沖勵磁又希望線圈電阻不要太小,因為如上述分析,線圈電阻的大小影響時間常數。電阻小則時間常數大,感應的電壓也大,正交干擾大,同時渦流損失加大。
    傳感器的鐵損比較復雜,一般鐵損分為磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗是由于磁性材料的磁滯特性所造成:渦流損耗由包括導磁材料的渦流損失和處于磁場中導電測量管內的渦流損失以及導電流體介質產生的渦流損失等。對這些擬失我們分別作以下說明。
    1. 磁滯損失
    線圈通交流電后,由于磁滯現象,磁通總比勵磁電流滯后一個相位角(此角稱為磁滯角)。根據電工學理論分析,在磁扼或鐵芯中的磁滯損耗Pc,用下式表示:
                               (3一8)
式中η為磁性材料的特性系數,由實驗求得,也可以從有關手冊查到;指數n的數值與Pc有關,對電磁流量傳感器通常用的磁性材料n取1.6; f為勵磁電源頻率;Bm為大磁感應強度;
Vc為鐵芯或磁扼體積。
    通常傳感器的磁感應強度比較低,大多數郡在0.5T以卜。交流勵磁時,為了減小磁滯損失、降低剩磁及矯頑力的影響,應盡量選擇磁滯回線形狀窄狹、磁化曲線較線性的鐵磁材料做磁扼和極靴。一般選擇無趨向的高磁導率電工硅鋼片或使用的硅鋼片的壓延方向與磁力線的方向一致,這樣磁滯損失可大大下降。對于低頻矩形波勵磁,式(3一8)可知,因其頻率極低,磁感應強度很小,即使用低碳鋼也可忽略其磁滯損失。
    2.導磁體內的渦流損失
    當鐵芯線圈接通交流電源后,交流電流在線圈中流動,將在線圈周圍產生交變磁場。根據電磁感應定律,這一交變磁場不僅在線圈中產生感應電動勢,而且在鐵芯中也會產生感應電動勢,出現感應電流。這些感應電流在鐵芯內圍繞鐵芯中心呈旋渦狀流動,故稱渦流。渦流在鐵芯中流動,如同電流流過電阻一樣,也會引起功率損耗,這就是渦流損失。理論分析表明,導磁體內的渦流損失,可用(3一9)式表示:
              (3一9)
    渦流損失與Kf的平方成正比。當電動勢波形為正弦波時,取K:1=1.11 磁通的波形越平坦,則感應電動勢:波形越尖,其波形系數Kf越大,造成的損失也越大。
    在硅鋼片中摻人硅后,其導電系數γ大為降低,所以渦流損失也大為降低。渦流損失大小與硅鋼片厚度b的平方成正比。因此,將硅鋼片壓得很薄,疊起來,是減少渦流損失的有效措施。渦流損失Pe大小與交變磁化的頻率f及磁感應強度大值Bm的平方成正比。低頻矩形波勵磁磁路的渦流損失較小,甚至可以用低碳鋼來作鐵芯磁扼。但是,對于高頻勵磁,則必須用磁滯損失低和渦流損失小的硅鋼片,甚至需要用坡莫合金材料作磁扼、鐵芯。
    3.全屬測量管內的渦流損失
在交變磁場中,金屬測量管壁內會產生渦電流。根據參考文獻[3]分析,傳感器測量管壁內的渦電流損失PA可由式(3一10)表示:
 (3一10)
    由此可見,勵磁電源的頻率越高,磁場越強,磁場軸向長度越長。測量管直徑越大,金屬測量管的壁厚越厚,則渦電流越大。因此,低頻矩形波勵磁的渦電流要比交流工頻勵磁的渦電流小得多。而對于大口徑傳感器,則需要采用較低的頻率和管壁不能過厚的金屬管測量管。
    值得注意的是,對于交流勵磁,金屬管內渦電流的大小同時影響著磁感應強度滯后于勵磁電流的相位角α的大小,即:
                    (3一11)
對于低頻矩形波勵磁,渦流大小影響著磁通和流量信號的波形。測量管大的渦電流可能使磁通和流量信號的波形上升沿和下降沿的時間拉長,甚至變成三角波。這樣會破壞測量的線性度。因為影響因素太多,目前未見到有人對于低頻矩形波勵磁的渦電流大小作出定量分析。渦電流對磁通和流量信號波形的影響程度也未見到定量分析。
    4.導電流體測量介質的渦電損失
    由于導電液體產生渦電流的機理較為復雜.而且其影響也遠小于上文分析的磁滯損失和渦流損失。所以.這里我們可以忽略導電流體的渦電流影響。


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