流场、磁场及介质电导率对胶水专用计量表测量的影响分析

胶水专用计量表是一种安装与使用都相当方便简单的流量测量仪表，我们在安装使用过程中对于胶水专用计量表要注意以下三点：流速分布、磁场边缘效应以及被测介质电导率，对于基于电磁感应原理工作的流量计类型，这三个方面的因素是在其使用过程中特别重要的。下面小编针对这三方面加以介绍：
（一）流速分布的影响
只要管内流速为轴对称分布，则电*上产生的感生电动势大小与流动状态无关，不论它是层流还是紊流，仅与流体的平均流速成正比．因此，流速分布为轴对称是胶水专用计量表必须满足的工作条件之一．
假如，流速分布相对管中心为非对称时，测量就会产生误差．因为电*上得到的感生电动势e是测量管内所有液体共同贡献的结果，所以每一个流体质点都有贡献。但由各个流体质点相对于电*的几何位置不同，故即使各质点速度一样，它们对电动势e的贡献也是不同的．越靠近电*的质点对电动势e的贡献越大．也就是说，电*附近的感生电动势较大，与两电*平面成90°的地方的流体产生的感生电势就小．所以，如果电*附近的流速非轴对称的偏大，测得的流量信号就比实际流量值大；反之，电*附近的流速非轴对称的偏小，测得的流量信号也就偏小．因此，为了消除由于流速分布而产生的测量误差，在电磁流量变送器的应有一定长度的直管段，以保证流速的铀对称分布．
 (二)磁场边缘效应的影响
由前述的基本假定可知，e＝DB  这一基本表达式是在“长筒流量计”的模型条件下推得的，即假定沿流体的流动方向上磁场始终是均匀的．实际上，这意味着沿管轴方向上的磁场为无限长，而实际流量计的磁场是有限长的，所以就必须考虑有限长磁场产生的边缘效应对测量的影响。
1．绝缘管壁
图3—34为流量计测量管的纵向视图．设磁场长度为2L，测量管半径为a．电*A和B在磁场中部。则从图中可见：磁场的中间部分，即电*附近大致是均匀的，两端则逐渐减弱，形成不均匀的磁场边线，段后下降为零．这样，在电*附近产生的感生电势较大，两端则较小，从而造成液体内部电场外有的不均匀而产生涡电流．由涡电流产生的二次磁通，反过来又改变磁场边缘部分的工作磁通，使磁场的均匀性进—步遭到破坏。所以，电*上得到的感生电势与无限长磁场下的感生电动势有差别，使测量信号产生误差．

图3－34磁场边缘效应
设在磁场轴向长度为2L时，电*A和B之间的感生电动势用eAB表示，而无限长磁场时(L→  )的感应电动势为e．用S来表示它们的比值，即
S＝
显然，我们希望S值越接近于1越好。也就是说，希望磁场轴向长度为有限长时电*上产生的感生电动势尽可能接近于无限长时的值．若以L／d表示磁场轴向长度与管道内径之比，则根据计算，在测量管是绝缘管壁的条件下，S与L／d的关系如图3—35所示．由图可知，在保证S＝0．99的情况下，L/ d的比值范围大致为L／d＝2．8—3．04．这就是说，为了减少磁场地缘的影响，励磁线圈的长度应为测量管内径的2. 8—3．04倍，这样才可以使电*上产生电动势接近于无限长磁场时的值。

图3－35 S与L / d的关系
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*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，对胶水专用计量表来说，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*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*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，  和  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*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*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，胶水专用计量表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，胶水专用计量表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*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，对一个胶水专用计量表来说，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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