励磁线圈分析和总结.docxVIP

流量测量的目的和意义流量与电磁感应法的流量测量电磁感应法的流量测量电磁流量计的特点电磁流量计的测量原理和理论电磁流量计的组成法拉第电磁感应定律电磁流量传感器的工作原理流体的定义和连续介质的形态压缩性与膨胀性对电磁流量计测量的影响表面张力对流量测量带来的影响液体的电性质在电磁流量计测量时的表现电磁流量计权重函数的物理意义电磁流量计权重函数的实际应用流速分布对电磁流量计的影响磁场边缘效应对测量的影响一涡电流的产生磁场在管轴线方向有限长情况下的灵敏度电磁流量传感器的基本结构电磁流量计励磁方式及其特点电磁流量计励磁线圈的形状电磁流量传感器的磁路分析

电磁流量传感器的磁路分析

图3一15是电磁流量传感器的电气原理图。其中，x和Y是励磁电流的输人端;A,B是两个电极的信号输出端;C是接流体的信号基准接地端，它形成了流

量信号的差动基准电位点。图3一16是传感器励磁系统的等效电路。图中r一励磁线圈铜电阻；Rc磁扼等导磁件的磁滞损耗和金属测量管的涡流损耗等效电阻，总称铁损电阻;L一线圈电感，这里忽略了漏感Lx;Is-励磁电流;1c-铁损电流；Im磁化电流。由电工学原理可知，励磁线圈通以交流电产生交变磁场。

这种磁场有以下特点:

励磁线圈的磁势、磁通、磁感应强度等与交流励磁电流的频率、波形一样。如果励磁电流是正弦波，忽略铁损电流的影响，磁通、磁感应强度和流量感应信号可以用下式表示:

φ(t)=φmsin2πfB(t)=Bmsin2πfE(t)=Bmsin2πfDv

式中φ(t)和B(t),E(t)分别为t时刻的磁通量、磁感应强度和感应的流量信号;φm和Bm为磁通和磁感应强度最大幅值;f为频率。由此可见，电磁流量计感应的流量信号与交变磁场的频率一致。但考虑到铁损和铜损，它们之间存在着复杂的相位关系，或者说波形有一定的时间差。

对于交流电压励磁，因为励磁线圈基本上是感性负载，感抗在数值上比铜电阻大得多。励滋线圈中的励磁电流大小取决于线圈的电阻和电感，而且主要决定于电感。由于存在铁损电流，励磁电流不能全部产生磁场，磁感应强度的大小只取决于磁化电流。

铁损电流的存在，不仅降低了磁化电流，产生功率损耗，而且使磁路的磁通(或磁感

应强度)与励磁电流之间产生相位差。

利用励磁线圈的等效电路和矢量图，我们可以分析交流正弦波励磁的相位关系和矩形波励磁的波形变化。

图3一17为励磁系统的矢量图，用来分析交流正弦波励磁的电压、电流、磁场、

信号和干扰电压的矢量关系。磁通φ、磁感应强度B与磁化电流Im成正比。由电工学.磁通φ滞后电感L的端电压E,但超前于反电动势一E为90o。励磁电流Is、磁化电流Im,和铁损电流Ic构成了电流矢量三角形。由于电感线圈的作用，励磁电流Is超前于磁化电流Is一个角度α。铜损电压是励磁电流Is与励磁线圈的直流电阻r的乘积。励磁电压Es、铜损电压(Is.r)和电感端电压E构成了电压矢量三角形。显然，电感端电压E超前励磁电压Es一个β角。

通过上面矢量图的分析。给出电磁流量计实际应用中两个问题。一个是我们多次提到的正交干扰，它是与电动势E相位一致的。也就是说，正交干扰滞后励磁电压Es一个β角。因此，利用反相的励磁电压瓦来抵消正交干扰，需要移相β角，回到电动势E的相位上。第二个问题是，励磁电流Is超前于磁化电流Im一个角度。因此，应用励磁电流Is作为磁场基准时，也需要将励磁电流Is移相α的角度，回到磁化电流Im的相位上。

对于矩形波励磁.需要研究等效电路(图3一18)中的铜损电阻R、铁损电阻Rc

和电感L引起的电流极性变换过渡过程的时间常数和波形关系。分析脉冲RL电路过渡过程，必须注意到两个时间段。如图3一19的波形，设t=0时脉冲电流开始作用，经过tp后脉冲消失。在0≤t≤tp时.电路相当于接通开关K，而以后相当于K断开。对于恒流源的负载接通开关K时，电路中的铜损电阻R和铁损电阻Rc是并联的。由于线圈的铜损电阻R远小于铁损电阻Rc，所以数值上可以忽略铁损电阻Rc的影响。K断开时，铜损电流远小于恒流源电流，其作用也可以忽略。

在0≤t≤tp时，利用电路的换路定律可得到电流、电压分别为了

式中，τ为该电路的时间常数。可见，电流I由原来的零逐渐按指数规律增长而趋于稳态值Im，电感电压Ul则由零跃变到RI0后，立即按同一指数规律逐渐衰减而最后趋于零。也就是说电感相当于由一个开路元件变成短路元件。

同样，可以分析在t≥tp的区间里，