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流场、磁场及介质电导率对水工业测量的影响(2)

   日期:2007-08-17     来源:中国测控网     作者:管理员    

2.导电管壁

图3-36 导电管壁S与L / a的关系 图3-37 液态金属磁场边缘效应

如果测量管是导电的,由于导电管壁的短路作用,磁场边缘效应就会更加明显,并导致电极上感生电动势损失的增加.随着管壁导电率和壁厚的变化,这种影响也将随之改变.若以 表示管壁厚度,K表示管壁电导率,d和 仍然分别表示测量管内半径和被测液体电导率,则可用L/d和a= 来表示不同情况下边缘效应的影响程度,如图3—36所示.

由图可知,同样的L/d值,测量管的电导率越大,管壁越厚,这种影响也就越大,即感生电动势的损失也就越严重a=0即相当于管避绝缘的情况(K=0),其结果与图3-35所示的一样.所以,对电磁流量计来说,测量管壁绝缘是非常必要的.

3.液态金属的边缘效应

如前所述,由于励磁线圈两端的磁感应强度B是逐渐减弱的,形成了不均匀的边缘,使被测介质在磁场的边缘区域内产生涡电流,对测量产生影响.当被测介质是电导率极高的液态金属时,这个涡电流的影响就很大。

如图3-37所示,由磁场边缘效应产生的涡电流会引起二次磁通,使工作磁场的边缘发生畸变,出于左侧边缘的磁场是逐渐增强的,所以左侧的涡电流就企图去削弱这种增强;而右侧的涡电流,由于右侧的磁场逐渐减弱,阻止这种削弱.这样就造成了整个磁场的畸变,便它相对于电极轴不对称.

上述这种效应在值流励磁的情况下虽有一定影响,但问题不大.如果采用交流励磁的话,随着励磁电流频率的增加,这种边缘效应的影响就比较严重.

如果被测介质中含有导磁性物质,例如含有铁、钻、镍之类的金属时,磁场边缘效应的影响就更加复杂化.在理论上研究这种效应时,常用一个纯数,即磁雷诺数RM= ud来表征这个效应影响的大小.其中, 分别是介质的磁导率和电导率;u为介质流速;d为测量管半径.研究表明,如果RM值不大,并且磁场边缘离电极不太近的情况下,即使介质中含有微量的导磁性物质,对测量的影响仍可忽略.相反RM值很大,而且磁场边缘离电极又比较近的,则由于工作磁场的畸变将给测量造成严重的影响。所以,电磁流量计要求被测介质非磁性是必要的.另外,对于液态金属,一般采用直流励磁以减少磁场边缘效应.

(三)被测介质电导率的影响

目前,电磁流量计转换路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 min,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,被测的导电液体只有流过有限磁场时,才能产生感生电动势e.所以,代表流量信号的感生电动势e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e作出任何贡献.相反,由于它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,达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,被测介质电导串既不能太大,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.


 
  
  
  
  
 
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