消防泵电机设计存在的七大问题，电磁流量计的工作原理

2020/12/22

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    “若不能度量，则无法管理。”这是工业领域的一句口头禅，尤 其适合于流量测量。简单说来，对流量监测的需求越来越多， 常常还要求更高速度和精度的监测。有几个领域中，工业流量 测量很重要，比如生活废弃物。随着人们越来越关注环境保护， 为使我们的世界更干净卫生、污染更少，废弃物的处置和监测 就变得非常重要。人类消耗着大量的水，随着全球人口增长， 用水量会越来越大。流量计至关重要，既能监测生活废水，也 是污水处理厂过程控制系统不可或缺的一部分。

电磁流量计的工作原理

流量计还被用于许多工业控制过程，包括化学/制药、食品饮 料、纸浆造纸等。此类应用常常需要在有大量固体存在的情况 下测量流量 — 大部分流量技术不能轻松胜任这一要求。

输送计量领域处理两方之间的产品转移和支付，需要高端流量 计。实例之一是通过大型管道系统输送油品。在这种应用中， 流量测量精度随时间的变化即便很微小，也可能导致某一方损 失或获得重大利益。

电磁感应技术非常适合液体流量测量

对于液体流量测量，电磁流量计技术有多种优势。它的传感器 一般是连接到管道中，其直径与管道直径一致，因而测量时不 会干扰或限制介质的流动。由于传感器不是直接浸没在液体 中，没有活动部件，因此不存在磨损问题。

电磁方法测量的是体积流量，这意味着测量对流体密度、温度、 压力和粘度等参数的变化不敏感。一旦用水标定电磁流量计， 就可以使用它来测量其他类型的导电流体，无需进一步标定。 这是其他类型流量计所不具备的一个重要优势。

电磁流量计特别适合测量固液两相介质，例如泥浆等带悬浮泥 土、固体颗粒、纤维或粘稠物的高导电率介质。它可用于测量 污水、泥浆、矿浆、纸浆、化学纤维浆及其他介质。这使得它 特别适合食品、制药等行业，利用它可测量玉米糖浆、果汁、 酒类、药物、血浆及其他许多特殊介质。

电磁流量计的工作原理

电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。根据法拉第 定律，当导电流体流经传感器的磁场时，一对电极之间就会产 生与体积流量成正比的电动势，其方向与流向和磁场垂直。电 动势幅度可表示为：

其中，E 为感生电势，k 为常数，B 为磁通密度，D 为测量管的内径，v 为测量管内的流体在电极截面轴向上的平均速度。

由于研究基础薄弱，我国高速电机产业化水平较低，与国外相比尚有较大差距，特别是兆瓦级以上的大功率高速电机和超高速高速电机应用很少，在设计和分析方面存在很多问题。

高速电机一般是指转速超过超过一万r/min或难度值超过十万的电机，目前实现高速化的主要有感应电机、内转子永磁电机、开关磁阻电机以及少数外转子永磁电机和爪极电机等。

高转速电机设计存在的七大问题

高速电机的特点是体积小、功率密度大，可与高速负载直接相连，省去了传统的机械增速装置，能减少系统噪音，并提高系统传动效率。高速电机可应用范围广阔，包括高速磨床、燃料电池、储能飞轮、国际电工等领域，市场前景良好。

国外对于高速电机的研究已具备相当的基础，产业化水平较高。我国由于起步较晚，研制多集中于中小功率和较低转速范围，高速电机的产业化水平偏低，与国外相比存在一定差距。

不过，无论是国内国外，高速电机仍存在设计与分析方面亟需解决的问题。具体来说，高速电机在设计与分析方面主要存在以下几个问题。

第一，基于电磁场、应力场、转子动力学、流体场与温度场等多物理场耦合方法来分析高速电机的技术尚不成熟;

第二，高速轴承面临问题较大，如滚球轴承无法承受过高转速，空气轴承承载负载能力有限，磁悬浮轴承控制复杂且价格昂贵。

第三，大功率高速电机的转子动力学设计技术尚未完善，变换系统、控制系统、实时监测系统的研发比较薄弱;

第四，大功率率高速永磁电机冷却结构复杂，多采用风冷和水冷相结合，冷却效果有限;

第五，高速永磁电机向超高速和大功率方向的发展，受到永磁体抗拉强度低、耐温能力差等制约;

第六，面贴式永磁电机的合金保护套存在较大的涡流损耗，碳纤维保护套的导热系数较差，不利于其转子散热;

第七，常规叠片转子不能承受较大的离心力，实心转子存在较大的涡流损耗。

所以，未来高速电机的发展和研究将基于上述关键问题，如基于多物理场和多学科的耦合设计，开发高强度与高耐温能力的永磁材料，研究高强度转子叠片材料和结构，研制高速电机控制系统等。