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流速分布、磁场边缘效应及介质电导率对测量的影响
 

⑴ 流速分布的影响

     由流体力学知道,液体在管道内流动时,管道横截面上各点的流速是不相等的,但不管是层流还是紊流,经一定距离的直管段后,流速分速即可成为轴对称分布,管道横截面上各点的流速,仅是该点至管道中心距离r的函数,即

 

流速在管轴中心处为最大,在管壁处为零,其平均流速为:

     只要流速分布相对测量管中心轴为对称的,则在电极上产生的感应电动势大小与各点的流速分布状态无关,而只是与被测液体的平均流速成正比。因此,流速分布为轴对称是均匀磁场型电磁流量计必须满足的工作条件之一。
 

      假如流速分布相对管中心轴为非对称时,虽然总的流量相同,但在电极附近感应电动势大,所以测得的信号比实际流量值大;相反,在与电极成90°的地方感应电动势小所得的信号比实际流量值小,造成测量误差。因此,为了使流速度分布轴对称,变送器前加直管段是必要的


⑵ 磁场边缘效应对测量的影响

    前面假定磁场分布无限长,那磁场边缘效应的影响可以无虑不计。事实上这一假定对实际流量计难以做到。下面讨论这种边缘效应对仪表性能的影响。
    假定管壁是绝缘的,如图所示,磁场线圈长度为2L,测量管半径为D/2,电极A和B在磁场中部,磁感应强度B平行于x轴。由图b所示,磁场中间一段,即电极附近大致是均匀的,两端则逐渐减弱,形成不均匀的边缘,最后下降为零。这样,使得液体内部电场E也不均匀,如图c所示,结果在y-z平面内将产生涡电流。由涡电流所产生的二次磁通反过来改变磁场边缘部分的工作磁通,使磁场的均匀性进一步遭到破坏。这时,在电极上测得的感应电动势与无限长磁场下的感应电动势大小不一样,因此产生了误差。
     假设磁场轴向长度为有限场时,电极A和B间产生的感应电动势为;磁场轴向长度为无限长时,电极间的感应电动势为BvD,用S表示他们的比值,即

 

 

      显然,希望S值越接近于1越好。也就是说,希望有现场的磁场产生的感应电动势与无限长的磁场产生的感应电动势接近,这时流量信号的损失最小。
      假如管壁是导电的,磁场边缘效应应更加明显,从而导致电极上感应电动势的损失增加,所以管壁通常要涂上绝缘层。假如介质的电导率极高,磁场边缘区将产生很大的涡电流,引起一次磁通,使工作磁场边缘区域两侧的磁场分别被削弱和增强。所以测电导率高的介质不宜用交流励磁,而应用直流激磁。若被测介质中含有导磁性物质,磁场边缘效应就更复杂。由于导磁物质的存在,使磁场发生严重畸变,造成测量的非线性。


⑶ 被测介质电导率的影响
     目前,电磁流量计转换器的输入阻抗已有所提高,测量导电性液体时,一般不会因介质电导率稍有变化而引起误差,但对于一定的转换器输入阻抗,被测介质的电导率有一个下限值,不能低于该下限值。
     被测介质的电导率太大也是不允许的。例如当电导率超过10-1(S/cm)左右时,就会降低流量信号,改变指示值,即指示流量值小于实际流量值。这是因为在电磁流量变送器中,磁场为有限长,被测得导电液体只有流过有限磁场时,才能产生感应电动势。所以,代表流量信号的感应电动势是磁场部分的导电液体切割磁力线的结果,磁场两端以外的导电液体没有对做出任何贡献。相反,由于他们也是和两个电极连通的,故也就构成了一部分外电路。当变送器与转换器连接在一起时,这部分外电路就与转换器输入阻抗相并联而成为变送器的负载。当被测介质的电导率很大时,外电路的电阻较小,这时不管转换器的输入阻抗有多高,并联的结果将取决于这部分液体外电路,从而减小变送器与转换器之间的传输精度。

所以,对一个电磁流量计来说,测量不受介质电导率影响是有一定范围的,被测介质电导率既不能太大,也不能太小。随着电子技术的发展,转换器输入阻抗的提高,必将可以降低被测介质电导率的下限。

上海巨贯工业自动化设备有限公司技术部

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