流場、磁場及介質電導率對測量鹽水流量計測量（liàng）的影響分析

測量鹽水流量計（jì）是一種（zhǒng）安裝與使用都相當（dāng）方便簡單的流量（liàng）測（cè）量儀表，我們在安裝使用過程中對於測量鹽水流量計要注意以下（xià）三（sān）點：流速分（fèn）布（bù）、磁場邊緣效應以及被測介質電導率，對於基於電（diàn）磁感應原理（lǐ）工作的流量計類型，這三個方麵的（de）因素是在其（qí）使用過程（chéng）中（zhōng）特別重（chóng）要的。下麵小編針對這（zhè）三方麵加以介紹（shào）：
（一）流速分布的影響
隻要管內流速為軸對稱分布，則電*上產生的感生電動勢大小與流（liú）動狀態（tài）無關，不論它是層流還是紊流，僅與流體的平均流速（sù）成正（zhèng）比．因此，流速分布為軸對稱（chēng）是測量（liàng）鹽水流量計（jì）必須滿足的工（gōng）作條件（jiàn）之一（yī）．
假如，流速（sù）分布相對管中心為非對（duì）稱時，測量（liàng）就會產生誤（wù）差．因為電*上得到的感生電動勢e是測量管內所有液體共同貢獻的結（jié）果，所以每一（yī）個流體質點（diǎn）都有（yǒu）貢獻。但（dàn）由各個流體質點相對（duì）於（yú）電*的幾何位置不同（tóng），故即（jí）使各質（zhì）點（diǎn）速度一樣（yàng），它們對電動勢e的貢獻也是不同的．越（yuè）靠近電*的質點對電動勢e的（de）貢（gòng）獻越大．也就是（shì）說，電*附近的感生電動勢（shì）較大，與兩電*平麵成90°的地方的流體產生的感生電勢就小．所以，如果（guǒ）電*附近的流速非軸對稱的偏（piān）大（dà），測得的流量信號就比實際流（liú）量值大（dà）；反之（zhī），電*附（fù）近的（de）流速非軸對稱的偏小，測得的流量信號也就偏小．因此，為了（le）消（xiāo）除由於流速分布而產生的測量誤差，在電磁流量（liàng）變送器的應（yīng）有一定長度的直管段，以保證流速的鈾對稱分布（bù）．
 (二)磁（cí）場（chǎng）邊緣效應的影響
由前述的基本假定可知，e＝DB  這一基本表達式是（shì）在“長筒流量計”的模型條件下推得（dé）的，即（jí）假定沿流體的流動方向上磁場始終是均勻的．實際上，這意味著沿管軸方（fāng）向上的磁場為無（wú）限長，而實際流（liú）量計的磁場是有限長的，所以（yǐ）就必須考慮有限長（zhǎng）磁場產生的邊（biān）緣（yuán）效應對測量的（de）影響。
1．絕緣管壁（bì）
圖3—34為流量計測量管的縱向視圖（tú）．設磁場長度為2L，測量管半徑為a．電（diàn）*A和B在磁場（chǎng）中部。則（zé）從圖中可見：磁場（chǎng）的中間部分，即電*附（fù）近大致是（shì）均勻的，兩端（duān）則逐（zhú）漸減弱，形成（chéng）不均勻的磁場邊線，段後下降為零．這樣，在電*附近產生的感生電勢較大，兩端則（zé）較小，從而造成液體內部電場外有的（de）不均勻而產生渦（wō）電流．由渦電（diàn）流（liú）產生的二次磁通，反過來又改（gǎi）變磁場邊緣部分的工作磁通，使（shǐ）磁場的均勻性進—步遭到破壞。所以，電*上得到（dào）的感生電勢（shì）與無限長磁場下的感生電動勢有差別，使測量信號產生誤差．

圖（tú）3－34磁（cí）場邊（biān）緣效應
設在磁場軸向長度為2L時，電*A和（hé）B之間的感生電動勢用eAB表示，而無限長磁場時(L→  )的感應電動勢為e．用S來（lái）表示它們的比值，即
S＝
顯然，我們希望S值越接近於1越好。也（yě）就（jiù）是說，希望磁場軸向長度為有限長時（shí）電*上產生的（de）感生電動（dòng）勢盡可能接近於無限長時的值．若以（yǐ）L／d表示（shì）磁場軸向長度與管道內徑之比，則根據計算，在測量管是絕緣管壁的（de）條件下，S與L／d的關係如圖3—35所示．由圖可知，在保證S＝0．99的情況下，L/ d的比值範圍大致為L／d＝2．8—3．04．這就是說，為了減少磁場地緣的影響，勵磁線圈的長度應（yīng）為測量管內徑的2. 8—3．04倍，這樣才（cái）可以（yǐ）使電*上產生電動勢（shì）接近於無限長磁場時的值。

圖（tú）3－35 S與L / d的關係
2．導電管壁

圖3－36 導電管壁S與（yǔ）L / a的關（guān）係
圖3－37液態金屬磁場邊緣效應
如果測（cè）量管是導電（diàn）的，由於導電管壁的短（duǎn）路作用，磁場邊緣效應就會更加明顯，並導致電*上感生電動勢損失的增加．隨（suí）著管壁導電率和壁厚的變化，這種影響也將隨之改變（biàn）．若以  表示管壁厚度，K表示管壁電導率，d和  仍（réng）然分別表示測量管內半徑（jìng）和被測液體電導率，則可（kě）用（yòng）L／d和a＝  來表示不同情況（kuàng）下邊（biān）緣效應的影（yǐng）響程度（dù），如（rú）圖3—36所（suǒ）示．
由圖可知，同樣的L／d值，測量管的電導率越大（dà），管壁（bì）越厚，這種影響（xiǎng）也就越大，即感生電動勢的損失也就越嚴重a＝0即相當於管避（bì）絕緣的情況(K＝0)，其結果與圖3－35所示的一樣．所以，對（duì）測量鹽水流量計來說，測量管壁絕（jué）緣是非常必（bì）要的．
3．液（yè）態金屬的邊緣效應
如前所述（shù），由於勵磁線圈兩端的磁感應強度B是逐漸減弱的，形成了（le）不均勻的邊緣，使被測介質在磁場的邊緣區域內產生渦電流，對測量產生影響．當被測介質是電導率*高的液態金屬時，這個渦電流的影響就很大。
如圖3－37所（suǒ）示，由磁場邊緣（yuán）效應產生的渦電流會引起二次磁通，使（shǐ）工作磁（cí）場的邊緣（yuán）發生畸變（biàn），出於左側邊緣的磁場是逐漸增強的，所以左側的渦電流就企圖去削弱這種增強；而右側的渦電流，由於右側的磁場逐漸減弱，阻止這種削弱．這樣就造成了整個磁場的畸變，便它相對於電*軸不對稱．
上述這種效應在（zài）值流勵磁的情況下雖有一定影響（xiǎng），但問題不大．如果采用交流勵磁的話，隨（suí）著勵磁電流頻率的增加，這（zhè）種邊緣效應的影響就比較嚴重．
如果被測介質中含有導磁性物質，例如含有鐵、鑽、鎳之類的金（jīn）屬時，磁（cí）場邊緣效應的影響就更加複雜化．在理論上研究這種效（xiào）應時，常用一個純數，即磁雷諾數（shù）RM＝  ud來表征這個效應影響的大小．其中，  和  分別是介質（zhì）的磁導率和電導率；u為介質流速（sù）；d為測量管半徑．研究表明，如果RM值不大，並且磁場邊緣（yuán）離電*不太近的情況下，即使介質中含有微量的（de）導磁性物質，對（duì）測量（liàng）的影響仍可忽略．相反（fǎn）RM值很大，而（ér）且磁場邊緣離電*又比較近的，則由於工作磁場的畸變將給測量造成嚴重的影響。所以，測量鹽水（shuǐ）流量計（jì）要求被測介質非磁性是（shì）必（bì）要的．另（lìng）外，對於（yú）液態金屬，一般采用直流勵磁以減（jiǎn）少磁場邊緣效應．
(三)被測介質電導率的影響
目（mù）前，測量鹽（yán）水流量計轉換路的輸入阻抗已有所提高，測量導電（diàn）性液體時，一般不（bú）會因介（jiè）質電導率稍有變化而引起誤差，但對於一定的轉換器輸入阻抗，被測介質的電導率有一（yī）個（gè）下限值  min，不能低於該下限（xiàn）值．
被測介質的電導率太大也（yě）是不允許的。例如當電導率超過（guò）10－1(S／cm)左右時，就會降低流量信號，改變指示值，即指示流量值小於實際流量值．這是因為（wéi）在電（diàn）磁流量變送器中，磁場為有限長，被測的導電液體隻有流過有限磁場時，才能（néng）產生感生電動勢e．所以，代表流（liú）量信號的感生電動勢e是（shì）磁場部（bù）分的導電液體切割磁力線的結果，磁場兩端以（yǐ）外的導電液體沒有對e作出任何貢（gòng）獻．相反，由於它（tā）們也是和兩個電*連通的，故也就（jiù）構成了一部分外電（diàn）路。當變送器與轉換器連接在一起時，這部分外電路就與轉換（huàn）器輸入阻抗相並聯而成為變送器（qì）的負（fù）載．當被測介質的電導率（lǜ）很大時，外（wài）電路的電阻較小，達（dá）時不管轉換器的（de）輸入阻抗有多高，並聯的（de）結果（guǒ）將取決於這部分液體外電路（lù），從而減小變送器與轉換器之間的傳輸精度（dù）。
所以，對一個測量鹽（yán）水流量計來說，測量不（bú）受介質電導率影響是有（yǒu）一定範圍的，被測介質電導串既不能太大，也不能太小。隨著電子技術的發展，轉換（huàn）器輸入阻抗的提高，必將可以降低被測介質電導率的下限（xiàn）。

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