消防泵電機設計存在的七大問題，電磁流量計的工作原理

2020/12/22

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    “若不能度量，則無法管理。”這是工業領域的一句口頭禪，尤 其適合于流量測量。簡單說來，對流量監測的需求越來越多， 常常還要求更高速度和精度的監測。有幾個領域中，工業流量 測量很重要，比如生活廢棄物。隨著人們越來越關注環境保護， 為使我們的世界更干凈衛生、污染更少，廢棄物的處置和監測 就變得非常重要。人類消耗著大量的水，隨著全球人口增長， 用水量會越來越大。流量計至關重要，既能監測生活廢水，也 是污水處理廠過程控制系統不可或缺的一部分。

電磁流量計的工作原理

流量計還被用于許多工業控制過程，包括化學/制藥、食品飲 料、紙漿造紙等。此類應用常常需要在有大量固體存在的情況 下測量流量 — 大部分流量技術不能輕松勝任這一要求。

輸送計量領域處理兩方之間的產品轉移和支付，需要高端流量 計。實例之一是通過大型管道系統輸送油品。在這種應用中， 流量測量精度隨時間的變化即便很微小，也可能導致某一方損 失或獲得重大利益。

電磁感應技術非常適合液體流量測量

對于液體流量測量，電磁流量計技術有多種優勢。它的傳感器 一般是連接到管道中，其直徑與管道直徑一致，因而測量時不 會干擾或限制介質的流動。由于傳感器不是直接浸沒在液體 中，沒有活動部件，因此不存在磨損問題。

電磁方法測量的是體積流量，這意味著測量對流體密度、溫度、 壓力和粘度等參數的變化不敏感。一旦用水標定電磁流量計， 就可以使用它來測量其他類型的導電流體，無需進一步標定。 這是其他類型流量計所不具備的一個重要優勢。

電磁流量計特別適合測量固液兩相介質，例如泥漿等帶懸浮泥 土、固體顆粒、纖維或粘稠物的高導電率介質。它可用于測量 污水、泥漿、礦漿、紙漿、化學纖維漿及其他介質。這使得它 特別適合食品、制藥等行業，利用它可測量玉米糖漿、果汁、 酒類、藥物、血漿及其他許多特殊介質。

電磁流量計的工作原理

電磁流量計的工作原理基于法拉第電磁感應定律。根據法拉第 定律，當導電流體流經傳感器的磁場時，一對電極之間就會產 生與體積流量成正比的電動勢，其方向與流向和磁場垂直。電 動勢幅度可表示為：

其中，E 為感生電勢，k 為常數，B 為磁通密度，D 為測量管的內徑，v 為測量管內的流體在電極截面軸向上的平均速度。

由于研究基礎薄弱，我國高速電機產業化水平較低，與國外相比尚有較大差距，特別是兆瓦級以上的大功率高速電機和超高速高速電機應用很少，在設計和分析方面存在很多問題。

高速電機一般是指轉速超過超過一萬r/min或難度值超過十萬的電機，目前實現高速化的主要有感應電機、內轉子永磁電機、開關磁阻電機以及少數外轉子永磁電機和爪極電機等。

高轉速電機設計存在的七大問題

高速電機的特點是體積小、功率密度大，可與高速負載直接相連，省去了傳統的機械增速裝置，能減少系統噪音，并提高系統傳動效率。高速電機可應用范圍廣闊，包括高速磨床、燃料電池、儲能飛輪、國際電工等領域，市場前景良好。

國外對于高速電機的研究已具備相當的基礎，產業化水平較高。我國由于起步較晚，研制多集中于中小功率和較低轉速范圍，高速電機的產業化水平偏低，與國外相比存在一定差距。

不過，無論是國內國外，高速電機仍存在設計與分析方面亟需解決的問題。具體來說，高速電機在設計與分析方面主要存在以下幾個問題。

第一，基于電磁場、應力場、轉子動力學、流體場與溫度場等多物理場耦合方法來分析高速電機的技術尚不成熟;

第二，高速軸承面臨問題較大，如滾球軸承無法承受過高轉速，空氣軸承承載負載能力有限，磁懸浮軸承控制復雜且價格昂貴。

第三，大功率高速電機的轉子動力學設計技術尚未完善，變換系統、控制系統、實時監測系統的研發比較薄弱;

第四，大功率率高速永磁電機冷卻結構復雜，多采用風冷和水冷相結合，冷卻效果有限;

第五，高速永磁電機向超高速和大功率方向的發展，受到永磁體抗拉強度低、耐溫能力差等制約;

第六，面貼式永磁電機的合金保護套存在較大的渦流損耗，碳纖維保護套的導熱系數較差，不利于其轉子散熱;

第七，常規疊片轉子不能承受較大的離心力，實心轉子存在較大的渦流損耗。

所以，未來高速電機的發展和研究將基于上述關鍵問題，如基于多物理場和多學科的耦合設計，開發高強度與高耐溫能力的永磁材料，研究高強度轉子疊片材料和結構，研制高速電機控制系統等。