摘(zhai)要： 防爆電(dian)磁流量計(ji) 廣泛應用(yong)于艦船、化(hua)工、石油、水(shui)泥、醫藥等(deng)領域，其具(ju)有結構簡(jian)單、測量範(fan)圍大、精度(du)優點，然而(er)其使用場(chang)所環境惡(e)⭐劣，爲了保(bao)證其😄性能(neng)以及降低(di)能耗,介紹(shao)了電磁🌈流(liu)量計設計(ji)基本原理(li)㊙️、防爆電路(lu)設艦船外(wai)🌈殼鹽及防(fang)護方法，并(bing)磁線圈仿(pang)真，該仿真(zhen)可以作爲(wei)勵磁系的(de)模型！電磁(ci)流量計設(she)計效率⛹🏻‍♀️。
0引(yin)言
　　流量計(ji)是測量流(liu)體在一段(duan)時間過的(de)體積或者(zhe)質量的儀(yi)器☂️，對💁于生(sheng)産過程非(fei)常關鍵。随(sui)着技術快(kuai)速發展，流(liu)量計類越(yue)來越多，比(bi)如電磁流(liu)量計、 超聲(sheng)波量計 、熱(re)式流量計(ji)以及震動(dong)流量計等(deng)，電磁流量(liang)計以其簡(jian)單的結構(gou)、可靠性高(gao)、精度高等(deng)優點，在生(sheng)産和生活(huo)用✉️比例占(zhan)60%以上。然而(er)，由于在艦(jian)船中其經(jing)常處于潮(chao)濕、腐蝕的(de)使用環境(jing)，爲此電磁(ci)流量計的(de)防爆性能(neng)設計降低(di)流量計電(dian)池耗能成(cheng)爲熱點。
1電(dian)磁流量計(ji)設計基本(ben)原理
　　電磁(ci)流量計是(shi)通過利用(yong)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律設計，圖(tu)1爲電磁流(liu)量計結構(gou)示意圖，管(guan)内爲導電(dian)性，勵磁線(xian)圈爲閉合(he)🔞回路，依據(ju)☂️麥克斯韋(wei)電磁場理(li)論，産生工(gong)作磁場。
對(dui)于直導體(ti)，在磁場中(zhong)産生的感(gan)應電動勢(shi)E

式中，B--磁感(gan)應強度;D一(yi)導體長度(du);.V一運動速(su)度。
　　圖2爲流(liu)體流動方(fang)向、磁場方(fang)向和感應(ying)電動勢方(fang)向，符合右(you)手規律，感(gan)電動勢大(da)小見式（1)，對(dui)于管道内(nei)流體流量(liang)Q大小見式(shi)(2)

将式(2)中V求(qiu)出，帶入式(shi)(1)可得

由式(shi)(3)可知，管道(dao)尺寸确定(ding)，感應電動(dong)勢E與流量(liang)Q成正比。


2防(fang)爆電路設(she)計
　　依據釋(shi)放源存在(zai)部位、釋放(fang)數量、擴散(san)情況和通(tong)風情況等(deng)條件♉，爆炸(zha)場所可分(fen)爲0區、1區和(he)2區，對于礦(kuang)用産品，可(ke)以用于0區(qu)、1區🌏和2區，對(dui)于礦用産(chan)品，可以用(yong)于0區的産(chan)品防爆類(lei)型隻有本(ben)質安全性(xing)，對于用于(yu)0區的防爆(bao)電磁流量(liang)計 ，防爆性(xing)能至關重(zhong)要。
　　本質安(an)全型電氣(qi)設備是指(zhi)在正常運(yun)行和規定(ding)的故障條(tiao)件下，所産(chan)生的火花(hua)或者熱效(xiao)應均不能(neng)點燃爆炸(zha)性氣體合(he)物的電氣(qi)設備[2]，本安(an)電路設計(ji)時要從兩(liang)方面考💋慮(lü)，一是對本(ben)案和非本(ben)🏃‍♀️案部件進(jin)行隔離；二(er)是💘能量限(xian)制。
　　GB3836.4—2010求的隔(ge)離包括爬(pa)電距離、電(dian)氣間隙和(he)接地等要(yao)求，比在GB3836.4—2010表(biao)5中🐕，依💘據電(dian)壓值來設(she)計電氣間(jian)隙、爬電距(ju)離以及合(he)适的CTI值絕(jue)緣材料。能(neng)量限制主(zhu)要涉及到(dao)元件額定(ding)值選擇，依(yi)據GB3836.4—2010，電分爲(wei)電阻性電(dian)💚路、電感性(xing)電🔱路和電(dian)容♈性電路(lu)，圖3所示。電(dian)磁流量計(ji)感器電氣(qi)部👨‍❤️‍👨分由連(lian)個線🈲圈組(zu)成，包括電(dian)阻和電感(gan)🍉，依據GB3836.4—2010圖A1中(zhong)，根據電磁(ci)流量🔞計防(fang)爆類型和(he)電源電壓(ya)，确定最小(xiao)點燃電流(liu)，比如設計(ji)工作電壓(ya)爲18V的IIC類🐕本(ben)安電路，點(dian)燃電流爲(wei)0.66A，此外，要是(shi)電🐅路慮安(an)全系數，若(ruo)是🏃🏻‍♂️安全系(xi)數🍓爲1.5,則最(zui)大電流應(ying)小于0.44A。根據(ju)GB3836.4—2010圖A6,依據電(dian)壓和電‼️流(liu)，選💜擇合适(shi)電感值，對(dui)💔于18V、0.44A的電☂️感(gan)電路，電感(gan)設計應在(zai)0.8mH以🌈下。

　　爲(wei)了無論電(dian)路在正常(chang)工作狀态(tai)還是故障(zhang)狀态，使安(an)端有🚩定壓(ya)和定流輸(shu)出特性，如(ru)圖4所示。選(xuan)擇合适二(er)極管安🎯全(quan)栅或者齊(qi)納安全栅(shan)，若勵磁信(xin)号是周期(qi)性雙向電(dian)流❓，可以選(xuan)擇TVS管。

3勵磁線(xian)圈仿真
　　利(li)用COMSOL仿真軟(ruan)件，對彎圓(yuan)形、彎菱形(xing)和馬鞍形(xing)線圈進行(hang)仿☀️真，采🔴用(yong)🔞相同線圈(quan)材料材質(zhi)和相同用(yong)料量，并在(zai)相同勵磁(ci)電🌂流、勵❌磁(ci)頻率條件(jian)下，比較勵(li)磁線圈産(chan)生的工作(zuo)磁場強度(du)分布情況(kuang)。
首先建立(li)仿真幾何(he)模型，如圖(tu)5所示，爲彎(wan)圓形勵磁(ci)線圈模型(xing)，進行電特(te)性、磁特性(xing)和邊界條(tiao)件設置，進(jin)行網格分(fen)🏃‍♀️析劃🥵分等(deng)步驟，最後(hou)仿真可的(de)磁場分布(bu)情況，圖6爲(wei)磁力線分(fen)布，圖7爲磁(ci)感應強度(du)分布。對于(yu)♉彎菱形和(he)馬鞍型線(xian)圈采用相(xiang)同步驟進(jin)行仿真模(mo)拟，如圖8所(suo)示，爲馬鞍(an)型勵磁線(xian)圈。


　　通過(guo)模拟結果(guo)可以直觀(guan)得出相應(ying)空間點和(he)面的磁場(chang)大小、磁♌場(chang)對稱情況(kuang)，爲了更好(hao)比較不同(tong)幾何形态(tai)的磁👅場沿(yan)管中軸線(xian)方向。管軸(zhou)線方向和(he)整個區域(yu)内的均勻(yun)度情況，設(she)定ε1、ε2、ε33個均勻(yun)度參數，表(biao)達式如下(xia)

　　仿真結果(guo)表明，三種(zhong)形狀勵磁(ci)線圈磁感(gan)應強度大(da)小❗關系🐅爲(wei)：馬鞍形最(zui)小、彎圓形(xing)最大。均勻(yun)度分析表(biao)明，ε1：馬🎯鞍形(xing)🐆最小，彎菱(ling)形最大；ε2：馬(ma)鞍形最小(xiao)，彎菱形最(zui)大；ε3：馬鞍形(xing)最小🔞，彎菱(ling)形最大。因(yin)此，磁感應(ying)強度越大(da)‼️，電極收到(dao)的信号越(yue)大，所以彎(wan)💋圓形效果(guo)🌍最好；由于(yu)👈磁場均勻(yun)度越小，表(biao)明越均勻(yun)，渦電流損(sun)耗和磁場(chang)👌邊緣效應(ying)越小，爲此(ci)，馬鞍型勵(li)磁線圈效(xiao)果最好。
4艦(jian)船外殼鹽(yan)霧試驗及(ji)防護
　　艦船(chuan)用電磁流(liu)量計 外殼(ke)材質一般(ban)爲鑄鐵、鑄(zhu)鋼和不鏽(xiu)鋼，海洋中(zhong)鹽霧濃度(du)高、海水飛(fei)沬多造成(cheng)設備腐蝕(shi)嚴重，鹽霧(wu)直接影響(xiang)到設備的(de)使用周期(qi)和可靠性(xing)，因此，流量(liang)計外殼應(ying)進行鹽霧(wu)實驗，實驗(yan)方法主要(yao)有❗戶外暴(bao)露實驗和(he)實驗室鹽(yan)霧箱模拟(ni)兩種，使用(yong)使用标準(zhun)有GB/T2423.17—2008《電工電(dian)子産品基(ji)本環境試(shi)😘驗規程試(shi)驗Ka：鹽霧試(shi)驗方法》和(he)GB/T2423.18*2000《電工電子(zi)産品環境(jing)試驗第2部(bu)分：試驗試(shi)驗Kb：鹽霧，交(jiao)變（氯化鈉(na)溶液）》。
5結語(yu)
　　電磁流量(liang)計由于其(qi)使用環境(jing)特殊，因此(ci)其防爆性(xing)能和勵磁(ci)系統研究(jiu)至關重要(yao)，對于電磁(ci)流量計基(ji)本原理和(he)🏃‍♂️防爆❤️電路(lu)🐅設計🈚進行(hang)詳細闡述(shu)，并對不同(tong)形狀線圈(quan)感應磁場(chang)模拟。

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