插入管道式電磁流量計

1基本原理：

插入管道式電磁流量計是設計用于測量電解質流體的，測量原理是基于法拉第電磁感應定律。根據該定律，任何導體通過磁場作切割磁力線運動時，就會產生一個感應電壓，該感應電壓由下式給出：

式（1） U=K·B·L·V

上式中：U=感應電壓 K=儀表常數 B=磁場強度

L=導體長度 V=導體運動速度

因此，當磁場強度B為常數時，感應電壓U正比于運動的速度V如圖（1）

對插入管道式電磁流量計來說，管路中導電的液體就是在磁場中運動的導體，兩電極間的距離就是導體的長度L。如圖（2）

其感應電壓與平均流速成正比，此時管道中流體流量就可由下得出：

式（2） Q=πD2U/4KBL （式中D為管道直徑）

在上式的右面，除感應電壓U外都是常量。因此，流量Q與U成正比關系。而感應電壓U可由與磁場成直角并于流體方向成直角的兩根與介質接觸的導電電極所檢測出來。檢測出來的信號電壓會有電化學干擾電壓疊加其上，在變送轉換時，應首先將干擾電壓分離掉。磁場是由方波恒流電流經勵磁線圈產生的。獲得的脈沖電壓信號是較容易與具有直流性質的電化學干擾電壓相分離。

2平均速度的概念及平均速度點的位置

根據尼庫拉磁（NIKURADS）對管道內流體各點運動速度的數學模型：

其中 VY是距管壁距離為Y的流體的運動速度

VC是管道中心點的速度

Y是距管壁的軸向距離

R是管道的內半徑，見圖（3）

n是根據雷諾數（Re）變化的一個數

n=21.5074-10.401lgRe+2.1572lg2Re-0.1275lg3Re

而管道流體的平均速度Vm與VC的關系可由式（3）經過對Y的積分運算可得：

式（4）

把式（4）代入式（3）中，得到平均速度Vm處的距管壁的軸向距離Ym與半徑R的比值關系：

即 式（5）

由上式在各種流速下計算結果可知，當Re>3000時，即流體成湍流狀態時，平均流速點的位置都在距管壁0.12D左右處。D是管道的內徑。

由于在測量過程中，電磁流量計插入管道中，占據一定的空間，使得流過電極處的速度有所增加。所以應該用降低插入深度來補償，經過計算和大量的實踐，修正插入深度為管道內徑的10%。

3系統的功能

傳感器的磁場是由轉換器提供的近似于矩形波的電流，經勵磁線圈而產生的。這勵磁電流在正負值之間交變。在正比于勵磁電流的磁場作用下，流體流過傳感器探頭時，在兩檢測電極之間就會產生相同頻率的正、負交變且正比于流量的信號電壓。

由于流體是導電的，在電極與地之間即會產生電解元素。它們產生的直流電壓在兩個檢測電極上是不對稱的。即兩檢測電極間有一個干擾電壓US（與流體流量大小無關），為此原因，一個直流干擾電壓疊加在放大器輸出端的測量信號上。假設在一個測量周期內，電化學干擾電壓US是同極性的，如圖（4）

在*相位，線圈電流為正，它產生一個正的測量信號Um，疊加其上的是電化學干擾電壓+Us。在第二相位時，線圈電流為負，產生的測量信號為-Um ，疊加其上的還是電化學干擾電壓+Us。在HWLDE電磁流量計中，此干擾電壓是通過轉換器電路的運算，由正、負檢測信號的相互補償所消除。即

式（6） （Um+Us）-(-Um+Us)=2Um

上面的處理既消除了電化學干擾信號Us，同時也放大了流量檢測信號的幅值，使本儀表的靈敏度大為提高。

4方框圖及功能

該型儀表的原理方框見圖（5）

圖（5）中，A是傳感器，其中F1 是勵磁線圈，E1和E2是檢測電極，B是標準型轉換器，2-阻抗變換/放大，3-量程調整電位器，4-中間放大器，5-范圍選擇開關（×1，×0.5，×0.25），6-存儲器電路，7-差動放大，8-電壓/頻率轉換，9-光電隔離，10-頻率/電流轉換，11-參考電阻，12-矩形波電流發生器，13-電源，14-開關控制器

傳感器A的勵磁線圈F1，從勵磁電源12得到一個受精確控制的周期交變的直流電流，此電流周期與開關控制器14的固定周期同步。電極E1、E2的感應電壓通過屏蔽電纜送到輸入放大器2。再經過由3、4、5組成的量程調整電路，送入存儲器電路6。兩個存儲器電路由控制器14控制采樣，分別存儲正測量信號和負測量信號。如圖（6），采樣脈沖信號S1、S2由控制器14發出，控制兩只開關SW1和SW2。當S1處于高電平期間（持續時間為t,t小于1/6周期）時，開關SW1導通，信號的正半周期被通過。當S1處于零電平時，開關SW1就截止，信號被阻斷。同理，當S2處于高電平期間（持續時間也為t時），開關SW2導通。信號的負半周期被通過，S2處于零電平期間時，SW2截止，信號被阻斷。開關SW1和SW2是交替輪流地導通和截止的，它的周期和勵磁電流的周期同步。從而實現了對信號正、負半周期的采樣動作。兩個正、負測量信號再通過差放電路7，輸出的信號中就不再含有電化學干擾信號，從而實現了式（6）的功能。輸出的電壓信號再經過電壓/頻率轉換，光電隔離，頻率/電流轉換輸出標準的4（0）～20mA流量信號。