關於濃硫酸用流（liú）量（liàng）計傳（chuán）感器測量過程中靈敏度研究
濃硫酸用流量計（jì）是根據法拉*電磁感應定（dìng）律製成的（de）一種測量導電性液體體（tǐ）積流量的（de）儀表。由於其具有無壓損、可測（cè）流量範（fàn）圍寬、被測液體（tǐ）溫度範圍寬（kuān）、成本低等特點，已被廣泛應用於（yú）水和廢水處理、礦業和冶金、食品和飲料、造紙、電力等工業領域中，用來（lái）測量自來水、汙水（shuǐ）、礦漿、啤（pí）酒、果汁、紙（zhǐ）漿、泥漿等各種酸、堿、鹽溶（róng）液’。濃硫酸用流量（liàng）計由傳感器和變送器組成（chéng），傳感器將管道中流體的流速轉換為電信號，通（tōng）過電*把電信號引人變送器，變（biàn）送器對電信號進行放大調理並轉換成標準電信號輸出。傳感器主（zhǔ）要（yào）由磁路係統和電*等組成，磁路係統產生磁場，流體流過磁場切割磁力線產生電動勢，電*將產生的電動勢引人變送器。該電動勢*其微弱，一般在o. 2一0.4 mV/( m/s)的範圍之間，無法直接測量。對於不同尺寸的傳感器要（yào）求得到（dào）相同的（de）靈敏度，或者已知要求的（de）靈敏度如何設計傳感器就成了,待解決的問題。
本文針（zhēn）對於濃硫酸用流量計的測量原理以及磁路歐姆定律，分別對影響傳感器靈敏度的線圈匝數、磁導率、線圈寬度和傳感器長度等因素進行了分析、仿真和標定。通過本試驗結果顯示，傳感器靈敏度與線圈匝數和（hé）線圈寬度成正比;導磁材料矽鋼片能有效增強磁感應強度。Maxwell仿真表明，增加了矽鋼片之後磁（cí）感應強度沿電*連線（xiàn）增（zēng）強約12% ,沿管道內壁增強約20，傳感器增益標定值提高12.7%;對於6英寸傳感器，采用標準線圈。當傳感器長度（dù）為（wéi）6. 1一9. 1英寸時，既有效利用了線圈產生的磁（cí）場，又實現了*經濟設計。
1測量原理
根據法拉*電磁感應定律，當導體在磁（cí）場中運動且切割磁（cí）力線（xiàn）時，在導體兩端便（biàn）會產生感應電動（dòng）勢。
濃硫（liú）酸用流量計工作原理如（rú）圖（tú）1所示。
設在磁感應強度為B的均勻磁場中，垂直於磁場方向有一個直徑為（wéi）D的管道。管道由不導磁材料製成，內表麵加絕緣襯裏。當導電的液體在管道中流動時，導電液體就切割磁力線，因而在和磁場及流動（dòng）方向垂直的方向上將產生感應電動勢E。如果在管道截麵上垂直於磁場的直徑兩端安裝一對電*，可以證明，隻要管道內流速:為（wéi）軸對稱分布，兩*之間就會產生感（gǎn）應電動勢:
E=BxDxv(1)
由此可得管道的體積（jī）流量為:
口=二刀2v /4(2)
綜合式(1)、式(2)，得:(3) 門吸 K一一衝一D塑側一一 E
式中:K為儀表常數，在管道（dào）直徑D已（yǐ）確定並維持磁感應（yīng）強度B恒定（dìng）時，K是一（yī）個常數。此（cǐ）時感應電動勢與體積具有線性關係2。2傳感器勵磁理論基礎電磁流量傳（chuán）感器勵磁回路中線圈匝（zā）數N、勵磁電（diàn）流1和磁通勢F的關係為: !!4 工f !!=Nxl L},S
式（shì）中:凡為磁阻;拜為磁導率;S為磁路的橫截麵積;L為磁路平均長度。
根據磁場的歐姆定律（lǜ），磁感應強度B的大小為: FR S
(6)由式(6)可知，磁感應強度B與線圈（quān）匝數N、勵（lì）磁電流（liú）1成正比，與磁路的平均長度L、磁導率料成反比3一認（rèn）
3影響濃硫酸用流量計傳感器信號強度因素
根據式(1)，在（zài）傳感器尺寸一（yī）定的情況下，其靈敏度隻與磁感應強度B有關。一般來（lái）說，同一係列的傳感器將采用同（tóng）一（yī）種驅動電流，根據式（shì）(6)，想要改變磁感應強度B，隻能改變線圈匝數N和磁導率拜。磁場的覆蓋（gài）範（fàn）圍（wéi）(即線圈寬度)也會直接影響傳感器的靈敏度5。
電磁流量（liàng）傳感（gǎn）器電*電壓與流體流（liú）速成正比，當標定傳感器時確定傳（chuán）感器增益和偏移量（liàng），從（cóng）而確定電*電壓跟流體流速之間的正比關（guān）係。傳（chuán）感器增益是反映傳感器靈敏度的一個物理量，在相同的流速下（xià）增益越大，則靈敏度越高。
3.1線圈匝數
對於一台日（rì）徑為8英（yīng）寸(1英寸=25.4 mm)的傳感器，將線圈匝數從288匝改為230匝，其他參（cān）數不變，分（fèn）別進行了Maxwell仿真和標定。仿（fǎng）真結果表明，288匝的（de）磁力（lì）線明顯比230匝的磁力線密，磁感應強度沿徑向減少了約20% ,沿管道內壁磁感應強度也減（jiǎn）少了約20 %。線圈匝數變化時傳感器增益（yì）標定值對比如表1所示。傳感器增益（yì）從98.00下降（jiàng）到78. 99，也（yě）相（xiàng）應減少了19.4%。
仿真和試驗結果（guǒ）表明，線圈（quān）匝（zā）數與磁感應強度成正比，改（gǎi）變線圈匝（zā）數會相應改變磁感應（yīng）強度。也就是說，增加線圈匝數可以相（xiàng）應成（chéng）比（bǐ）例地提高（gāo）傳感器靈敏度。當然，隨（suí）著線圈（quān）匝數的（de）增加，其電阻值、電感量、體積（jī）、質量以及（jí）成本也會相（xiàng）應增加。電阻值的增加會提高傳感器的功耗，電感量的增加也會限製（zhì）線圈的驅（qū）動頻率叭（bā）因此，選擇線圈匝數，需要結合功耗、驅動電（diàn）壓、驅動頻率、分體式安裝時的*長距離和成本等（děng）參數進行綜合考慮。
3. 2磁導率
加人磁導率高的導磁（cí）材料（liào）會改（gǎi）變線圈的磁力線分布，能有效利用馬（mǎ）鞍型線圈產生的（de）磁場，提高管（guǎn）道內磁感應強度7。本文采用了矽鋼片作（zuò）為導磁材料，其緊（jǐn）貼線圈和管道外壁，將線圈包圍，進行Maxwell仿真和試驗室流量標定。Maxwell仿真表明，加了矽鋼片以後，矽鋼片內部磁力線明顯更加密集，矽鋼片外部隻存在少量磁（cí）力線，沿電*連線磁感應強度平均增加約12% ,沿管道內壁磁感（gǎn）應強度平均增加約20 % o
增益標（biāo）定值如表2所（suǒ）示，傳（chuán）感器增益（yì）由78. 99增（zēng）加到89. 00，提高了12.7 %。
3. 3線圈寬度
線（xiàn）圈寬度（dù）決定著磁場沿（yán）軸向分布範（fàn）圍，線圈越寬，磁（cí）場分布越寬;線（xiàn）圈越窄，磁場分（fèn）布越窄。標準線圈參數如表3所示。
線圈寬度（dù）與傳感器增益關係圖如圖3所示。對於6英寸傳感器，當線圈寬（kuān）度為標準值3. 32英寸（cùn）時，傳感器增益為82. 62;當線（xiàn）圈寬度下降至2. 49英（yīng）寸(標準值的0.75倍)時，傳感器增益（yì）下降至70.94;當線圈寬度下降至（zhì）1.66英寸(標準值的0. 5倍)時，傳感器增益下降至55. 62;當線圈寬度下降至0. 83英寸（cùn）(標準值的0. 25倍)時，傳（chuán）感器增益下降至37. 48。可（kě）以看出，傳感器增益與線圈寬度成正（zhèng）比。
4傳感器長度（dù）
理論上，在線圈（quān）參數不變的前提下，傳感器長度越長，有效磁場越大;但加長傳感器（qì）長度會增加（jiā）成本。為了既有效利用線圈產生（shēng）的磁場，又要使傳感器較短、設計較為經濟，需為傳（chuán）感器選擇合適的長度8。
采用一台日（rì）徑為（wéi）6英寸、標準線（xiàn）圈的傳感器，改變傳感器長度，依次進行（háng）試驗室（shì）標定試驗。傳感器長度與增益的關係圖如圖4所示。當傳感器長度為9. 1英寸時（shí），其增益（yì）為61. 03;但（dàn）當其長度繼續增加時（shí），增益（yì）變化較小;當其長度6. 1英寸減小到0時，增益從59. 33開始下（xià）降（jiàng）。也就是說，當傳（chuán）感器長度為6. 1-9. 1英寸時，既有效（xiào）利用了線圈產生的磁場，又可使傳感器長（zhǎng）度較短。
需要注意的是，同樣一組線圈安裝在不（bú）同日徑的管（guǎn）道（dào）上，由於兩個線（xiàn）圈之間的距（jù）離不同，其（qí）磁場分布大日徑要比小日徑窄9。如果采用正常的傳感（gǎn）器設計，不可能實現傳感器長度小於線圈寬度，所以本文采用（yòng）塑料管道作為主管道、金屬薄管從兩頭內（nèi）插人的設計進行試驗io。
5結束語
通過以上（shàng）分析、仿真和試（shì）驗室標定，證明了傳感器靈敏度跟線圈匝數和線圈寬度成正比導磁材料矽鋼片能有效增強磁感應強度;對於6英寸傳感（gǎn）器，采用標準線圈，其（qí）寬度為4.76英寸，當傳感器長度為6.1一9.1英寸時，增益較大，此時既有效（xiào）利用（yòng）了線圈產生的磁場，又實現了經濟設計的目標。在給定傳感器日徑和線圈驅動電流的情況下，本（běn）文（wén）研究為傳感器靈敏度設計提供參考。