流速分布、磁場邊緣效應及介質電導率對測量的影響

流速分布、磁場邊緣效應及介質電導率對測量的影響

⑴ 流速分布的影響

     由流體力學知道，液體在管道內流動時，管道橫截面上各點的流速是不相等的，但不管是層流還是紊流，經一定距離的直管段后，流速分速即可成為軸對稱分布，管道橫截面上各點的流速，僅是該點至管道中心距離r的函數，即

流速在管軸中心處為最大，在管壁處為零，其平均流速為：

      假如流速分布相對管中心軸為非對稱時，雖然總的流量相同，但在電極附近感應電動勢大，所以測得的信號比實際流量值大；相反，在與電極成90°的地方感應電動勢小所得的信號比實際流量值小，造成測量誤差。因此，為了使流速度分布軸對稱，變送器前加直管段是必要的。

⑵ 磁場邊緣效應對測量的影響

    前面假定磁場分布無限長，那磁場邊緣效應的影響可以無慮不計。事實上這一假定對實際流量計難以做到。下面討論這種邊緣效應對儀表性能的影響。
    假定管壁是絕緣的，如圖所示，磁場線圈長度為2L，測量管半徑為D/2，電極A和B在磁場中部，磁感應強度B平行于x軸。由圖b所示，磁場中間一段，即電極附近大致是均勻的，兩端則逐漸減弱，形成不均勻的邊緣，最后下降為零。這樣，使得液體內部電場E也不均勻，如圖c所示，結果在y-z平面內將產生渦電流。由渦電流所產生的二次磁通反過來改變磁場邊緣部分的工作磁通，使磁場的均勻性進一步遭到破壞。這時，在電極上測得的感應電動勢與無限長磁場下的感應電動勢大小不一樣，因此產生了誤差。
     假設磁場軸向長度為有限場時，電極A和B間產生的感應電動勢為；磁場軸向長度為無限長時，電極間的感應電動勢為BvD，用S表示他們的比值，即

      顯然，希望S值越接近于1越好。也就是說，希望有現場的磁場產生的感應電動勢與無限長的磁場產生的感應電動勢接近，這時流量信號的損失最小。
      假如管壁是導電的，磁場邊緣效應應更加明顯，從而導致電極上感應電動勢的損失增加，所以管壁通常要涂上絕緣層。假如介質的電導率極高，磁場邊緣區將產生很大的渦電流，引起一次磁通，使工作磁場邊緣區域兩側的磁場分別被削弱和增強。所以測電導率高的介質不宜用交流勵磁，而應用直流激磁。若被測介質中含有導磁性物質，磁場邊緣效應就更復雜。由于導磁物質的存在，使磁場發生嚴重畸變，造成測量的非線性。

⑶ 被測介質電導率的影響
     目前，電磁流量計轉換器的輸入阻抗已有所提高，測量導電性液體時，一般不會因介質電導率稍有變化而引起誤差，但對于一定的轉換器輸入阻抗，被測介質的電導率有一個下限值，不能低于該下限值。
     被測介質的電導率太大也是不允許的。例如當電導率超過10-1（S/cm）左右時，就會降低流量信號，改變指示值，即指示流量值小于實際流量值。這是因為在電磁流量變送器中，磁場為有限長，被測得導電液體只有流過有限磁場時，才能產生感應電動勢。所以，代表流量信號的感應電動勢是磁場部分的導電液體切割磁力線的結果，磁場兩端以外的導電液體沒有對做出任何貢獻。相反，由于他們也是和兩個電極連通的，故也就構成了一部分外電路。當變送器與轉換器連接在一起時，這部分外電路就與轉換器輸入阻抗相并聯而成為變送器的負載。當被測介質的電導率很大時，外電路的電阻較小，這時不管轉換器的輸入阻抗有多高，并聯的結果將取決于這部分液體外電路，從而減小變送器與轉換器之間的傳輸精度。