插入管道式电磁流量计

1基本原理：

插入管道式电磁流量计是设计用于测量电解质流体的，测量原理是基于法拉第电磁感应定律。根据该定律，任何导体通过磁场作切割磁力线运动时，就会产生一个感应电压，该感应电压由下式给出：

式（1） U=K·B·L·V

上式中：U=感应电压 K=仪表常数 B=磁场强度

L=导体长度 V=导体运动速度

因此，当磁场强度B为常数时，感应电压U正比于运动的速度V如图（1）

对插入管道式电磁流量计来说，管路中导电的液体就是在磁场中运动的导体，两电极间的距离就是导体的长度L。如图（2）

其感应电压与平均流速成正比，此时管道中流体流量就可由下得出：

式（2） Q=πD2U/4KBL （式中D为管道直径）

在上式的右面，除感应电压U外都是常量。因此，流量Q与U成正比关系。而感应电压U可由与磁场成直角并于流体方向成直角的两根与介质接触的导电电极所检测出来。检测出来的信号电压会有电化学干扰电压叠加其上，在变送转换时，应首先将干扰电压分离掉。磁场是由方波恒流电流经励磁线圈产生的。获得的脉冲电压信号是较容易与具有直流性质的电化学干扰电压相分离。

2平均速度的概念及平均速度点的位置

根据尼库拉磁（NIKURADS）对管道内流体各点运动速度的数学模型：

其中 VY是距管壁距离为Y的流体的运动速度

VC是管道中心点的速度

Y是距管壁的轴向距离

R是管道的内半径，见图（3）

n是根据雷诺数（Re）变化的一个数

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

而管道流体的平均速度Vm与VC的关系可由式（3）经过对Y的积分运算可得：

式（4）

把式（4）代入式（3）中，得到平均速度Vm处的距管壁的轴向距离Ym与半径R的比值关系：

即 式（5）

由上式在各种流速下计算结果可知，当Re>3000时，即流体成湍流状态时，平均流速点的位置都在距管壁0.12D左右处。D是管道的内径。

由于在测量过程中，电磁流量计插入管道中，占据一定的空间，使得流过电极处的速度有所增加。所以应该用降低插入深度来补偿，经过计算和大量的实践，修正插入深度为管道内径的10%。

3系统的功能

传感器的磁场是由转换器提供的近似于矩形波的电流，经励磁线圈而产生的。这励磁电流在正负值之间交变。在正比于励磁电流的磁场作用下，流体流过传感器探头时，在两检测电极之间就会产生相同频率的正、负交变且正比于流量的信号电压。

由于流体是导电的，在电极与地之间即会产生电解元素。它们产生的直流电压在两个检测电极上是不对称的。即两检测电极间有一个干扰电压US（与流体流量大小无关），为此原因，一个直流干扰电压叠加在放大器输出端的测量信号上。假设在一个测量周期内，电化学干扰电压US是同极性的，如图（4）

在*相位，线圈电流为正，它产生一个正的测量信号Um，叠加其上的是电化学干扰电压+Us。在第二相位时，线圈电流为负，产生的测量信号为-Um ，叠加其上的还是电化学干扰电压+Us。在HWLDE电磁流量计中，此干扰电压是通过转换器电路的运算，由正、负检测信号的相互补偿所消除。即

式（6） （Um+Us）-(-Um+Us)=2Um

上面的处理既消除了电化学干扰信号Us，同时也放大了流量检测信号的幅值，使本仪表的灵敏度大为提高。

4方框图及功能

该型仪表的原理方框见图（5）

图（5）中，A是传感器，其中F1 是励磁线圈，E1和E2是检测电极，B是标准型转换器，2-阻抗变换/放大，3-量程调整电位器，4-中间放大器，5-范围选择开关（×1，×0.5，×0.25），6-存储器电路，7-差动放大，8-电压/频率转换，9-光电隔离，10-频率/电流转换，11-参考电阻，12-矩形波电流发生器，13-电源，14-开关控制器

传感器A的励磁线圈F1，从励磁电源12得到一个受精确控制的周期交变的直流电流，此电流周期与开关控制器14的固定周期同步。电极E1、E2的感应电压通过屏蔽电缆送到输入放大器2。再经过由3、4、5组成的量程调整电路，送入存储器电路6。两个存储器电路由控制器14控制采样，分别存储正测量信号和负测量信号。如图（6），采样脉冲信号S1、S2由控制器14发出，控制两只开关SW1和SW2。当S1处于高电平期间（持续时间为t,t小于1/6周期）时，开关SW1导通，信号的正半周期被通过。当S1处于零电平时，开关SW1就截止，信号被阻断。同理，当S2处于高电平期间（持续时间也为t时），开关SW2导通。信号的负半周期被通过，S2处于零电平期间时，SW2截止，信号被阻断。开关SW1和SW2是交替轮流地导通和截止的，它的周期和励磁电流的周期同步。从而实现了对信号正、负半周期的采样动作。两个正、负测量信号再通过差放电路7，输出的信号中就不再含有电化学干扰信号，从而实现了式（6）的功能。输出的电压信号再经过电压/频率转换，光电隔离，频率/电流转换输出标准的4（0）～20mA流量信号。