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電磁流量計(jì)渦電流的產(chǎn)生
關(guān)鍵字：電磁流量計(jì) 日期：2012-12-17 8:33:39
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電磁流量計(jì)渦電流的產(chǎn)生
我們知道，處于交變磁場(chǎng)內(nèi)的金屬導(dǎo)體和導(dǎo)電流體電會(huì)像通電鐵芯線圈的鐵芯那樣產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，出現(xiàn)感應(yīng)電流。這些感應(yīng)電流在金屬導(dǎo)體和流體內(nèi)圍繞導(dǎo)體中心呈旋渦狀流動(dòng)，故稱之為渦電流。渦電流在金屬導(dǎo)體內(nèi)和流體中流動(dòng)，如同電流流過電阻一樣，也會(huì)引起功率損耗，也就是渦電流損耗。渦電流損耗一方面引起導(dǎo)體、流體和管道發(fā)熱溫度升高；同時(shí)，削弱測(cè)量管內(nèi)的磁場(chǎng)，降低感應(yīng)信號(hào)。因此，必須研究渦電流產(chǎn)生的原因，采取措施盡量降低渦電流損耗，才能有效地減小信號(hào)的損失。
渦電流的發(fā)生是一種電磁感應(yīng)現(xiàn)象。導(dǎo)體（金屬管和流體）處于變動(dòng)的磁場(chǎng)中，在導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，變動(dòng)的感應(yīng)電勢(shì)周圍存在變動(dòng)的二次磁通。這樣，在導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)有與二次磁通相交連的感應(yīng)電流發(fā)牛，這就是渦電流。在電磁流量汁傳感器中產(chǎn)生渦電流的原因有兩種情形。一種情形是測(cè)量管內(nèi)的不等流速分布；另一種情形是磁場(chǎng)在管軸方向有限長。下面分別討論這兩種情形。
首先看流體流動(dòng)狀態(tài)的速度分布引起的渦電流。
由圖1-l可以看出，圓管中心軸對(duì)稱層流狀態(tài)的速度分布呈拋物線狀。這樣，管軸中心的流速為最快，距管壁近的地方流速慢。因此，處在磁場(chǎng)中的導(dǎo)電液體內(nèi)感應(yīng)的電勢(shì)就會(huì)像圖2 - 18(a)所示的那洋，X軸線的最大，距管壁近的地方流速較小。這樣分布大小不一致的變動(dòng)電場(chǎng)周圍形成了變動(dòng)的、閉合二次磁力線。于是，就像圖2- 18(b)所示的那樣，在慌體內(nèi)出現(xiàn)了閉合的渦電流流線 對(duì)于流體流動(dòng)的紊流狀態(tài)的速度分布圖，可以近似地看成，圓管軸周圍部分的流這是等流速分布狀態(tài)，靠近管壁地方是拋物線狀的速度分布
。因此，在變動(dòng)磁場(chǎng)下，也會(huì)有渦電流產(chǎn)生。顯然，紊流狀態(tài)下渦電流的強(qiáng)度要小些。 接下來再看磁場(chǎng)管軸線方向的有限長的情況下渦電流是如何產(chǎn)生的。
圖2 - 19所示，在測(cè)量管電極附近，磁感應(yīng)強(qiáng)度B(z)是一定幅度的穩(wěn)定值；在測(cè)量管的兩端，B(z)急劇減弱。因此，在電極附近的感應(yīng)電勢(shì)比較大，而在兩端逐漸減弱，最后下降到零。這樣，造成流體內(nèi)部的電場(chǎng)不均勻，引起在x-z的平行面上會(huì)產(chǎn)生渦電流。上面說的渦電流是在交流磁場(chǎng)下產(chǎn)生的，渦電流的大小與材料的電阻率有關(guān)。電阻率愈高，產(chǎn)生的渦電流愈?。ㄈ缤F心線圈的鐵芯。為了降低渦電流，鐵芯材料中加人高電阻率的硅）．因而，考慮到渦電流，測(cè)量管的金屬導(dǎo)管材料直選用高電阻率非導(dǎo)磁的奧氏體不銹鋼材料或非金屬的高純氧化鋁工業(yè)陶瓷材料。由于渦電流的原因，對(duì)T應(yīng)用交流勵(lì)磁測(cè)量流體介質(zhì)的電導(dǎo)率也有一定限制。處于磁場(chǎng)中十分高的電導(dǎo)率的金屬物體會(huì)有大量的渦電流產(chǎn)生，這將引起很大的渦流損失。為此，對(duì)液態(tài)金屬測(cè)量多使用直流磁場(chǎng)或永久磁場(chǎng)。因?yàn)樗鼈儾淮嬖陔姶鸥袘?yīng)，不會(huì)有渦電流。可以分析出，交變磁場(chǎng)下的渦電流與流量感應(yīng)電勢(shì)間的相位相差90，它是造成正交干擾的原因。對(duì)矩形波勵(lì)磁傳感器，渦電流的波形則呈微分狀態(tài)，與流量信號(hào)的積分狀態(tài)成正交。
不管怎樣，從圖2 - 18和圖2- 19可以看出，渦電流直接影響著輸出流量信號(hào) |
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