在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律的第二年(1832年)，法拉第以橫貫地球磁場的泰晤士河水作為連續(xù)導(dǎo)體，在滑鐵盧橋的兩岸懸垂金屬電極，他試圖以測量電極間所產(chǎn)生的電動勢的方法來測量流速。然而，在當(dāng)時(shí)的測量技術(shù)條件下，因?yàn)闆]有***輸入阻抗的毫伏計(jì)【51，當(dāng)然，也因信號太弱，化電壓太大等原因?qū)е聹y量失敗。后來，美國的柯林(A．Kolin)用交流磁場成功地測量了血液流動的情況。第二次***大戰(zhàn)后，電磁流量計(jì)就作為工業(yè)上的測量儀表而實(shí)用。隨著可放大微弱信號的電子技術(shù)的發(fā)展，1960年，商用的頻率交流勵(lì)磁方式的技術(shù)差不多成熟了，它在過程計(jì)量測試中就成了基本的測量方法之一。制作的流量計(jì)口徑也從2毫米到2米以上【51。
與此同時(shí)，研究人員也研究了血液流量計(jì)，并開展了對測量原子反應(yīng)堆的冷卻物質(zhì)(液態(tài)鈉)所用的電磁流量計(jì)的研究。進(jìn)入七十年代后，為了實(shí)現(xiàn)電磁流量轉(zhuǎn)換器的小型化，而采用了不均勻的磁場。同時(shí)，為了改善信噪比應(yīng)用了低頻方波勵(lì)磁的方式或具有電容禍合型電極的電磁流量計(jì)。
1975年，制定了“用電磁流量計(jì)測量流量的方法”，這規(guī)定雖然主要是以工業(yè)測量作為測量對象，但也意味著確立了以電磁流量計(jì)作為這范圍內(nèi)的基本流量測量法【16】。
另外，據(jù)的百科全書(r兀(www．a(chǎn)nswers．corn)介紹，電極的電化學(xué)和其他作用使得測量感應(yīng)電動勢上下漂移，因而，測量感應(yīng)電動勢很困難。為此， 常常將磁場翻轉(zhuǎn)，以消除靜態(tài)電勢差，這也阻礙了用永磁體勵(lì)磁設(shè)計(jì)電磁流量計(jì)。目前，國內(nèi)外對永磁式電磁流量計(jì)的研究報(bào)道十分有限，該方法的實(shí)際應(yīng)用也僅局限于液體金屬的測量。恒磁式電磁流量計(jì)的相關(guān)研究也僅在中國專利【181 (永磁式勵(lì)磁電磁流量計(jì))和日本的專利[19】(電磁流量計(jì))中有所提及。
1．3．1液體金屬的測量
國內(nèi)外對恒磁式電磁流量計(jì)的研究較高少，其應(yīng)用范圍也十分有限，已有的直流勵(lì)磁方法也僅限于原子能工業(yè)中，用于測量導(dǎo)電率******，而又不產(chǎn)生化效應(yīng)的液態(tài)金屬(例如汞和鈉)的流量[6】，其測量原理如圖1-6所示。圖I-6液態(tài)金屬測量原理圖由于除液態(tài)金屬外的***大多數(shù)導(dǎo)電流體的內(nèi)阻都很大，測量過程中很容易產(chǎn)生化電壓，直流勵(lì)磁的方法目前對其他導(dǎo)電液體的測量不適用。
1．3．2恒磁式勵(lì)磁電磁流量計(jì)
一、浙江大學(xué)專利
2004年浙江大學(xué)公布了一項(xiàng)永磁式勵(lì)磁電磁流量計(jì)專利‘18】，其結(jié)構(gòu)和原理如圖1．7所示。～ 電圖1．7永磁式勵(lì)磁電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖兩個(gè)電極分別相向?qū)ΨQ安裝在管道內(nèi)壁上，兩塊永磁體對稱安裝在管道外， 永磁體產(chǎn)生的磁場方向、導(dǎo)電流量流速方向以及電極連線方向兩兩垂直。流量信號由電極采集，進(jìn)入前置放大器部分完成阻抗匹配和差分放大，得到的信號送入信號處理部分，由信號處理部分完成信號調(diào)理，處理好的信號最終送入微處理器部分，由微處理器部分完成流量的計(jì)算，流量值送入顯示部分完成流量的顯示。微處理器控制切換器的輸入輸出電壓方向和數(shù)值，微處理器給電極施加交變電場和從電極采集流量信號的時(shí)序如圖1．8所示。非采樣時(shí)問內(nèi)，切換器使兩個(gè)電極的引出線x，Y分別與微處理器部分輸入端x1，Yl導(dǎo)通，從而在兩個(gè)電極上施加由微處理器控制的交變電場；采樣時(shí)間內(nèi)，切換器使兩個(gè)電極的引出線x， Y分別與前置放大部分的輸入端x2，Y2導(dǎo)通，從而撤消在電極上施加的交變電場，并從電極上采集流量信號，然后經(jīng)過微處理器進(jìn)行后續(xù)處理。圖1．8兩個(gè)電極信號的控制時(shí)序注：P：在流體中加正向電場；S：采樣流量信號；N：在流體中加負(fù)向電場非采樣時(shí)間內(nèi)快速變化的交變電場可以抑制傳統(tǒng)直流勵(lì)磁測量非金屬流體時(shí)產(chǎn)生的嚴(yán)重的化現(xiàn)象，采樣時(shí)間內(nèi)永磁式勵(lì)磁可以避免交流電磁場的干擾， 從理論上分析，該方法設(shè)計(jì)的電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，可以在勵(lì)磁模塊***功耗的條件下有效地反應(yīng)流量。
但是，該方法是先施加固定的交變電場抑制電極化，然后再采樣流量信號。施加交變電場僅僅是相當(dāng)于在化電壓的基礎(chǔ)上施加了一個(gè)交流信號，并沒有針對化電壓采取相應(yīng)的抑制措施，沒有充分考慮到電極上電勢總體不平衡對流量信號的影響。
而且，我們前期就該專利提出的方法做過類似的實(shí)驗(yàn)，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法不能有效測量流速，該專利僅僅提出了一個(gè)類似于電導(dǎo)率儀的設(shè)計(jì)方法。電導(dǎo)率測量儀如果用直流供電會出現(xiàn)電解現(xiàn)象，產(chǎn)生化f191。這樣給測量帶來誤差，影響測量結(jié)果。所以，實(shí)際應(yīng)用中，為了避免產(chǎn)生化現(xiàn)象，電導(dǎo)率測量儀不用直流供電，而是用交流供電，且供電頻率盡量一些(比如lkHz)。這樣，由于兩***電位交替改變，使得電極來不及電解或少能大大減弱電解作用。正反向間隔施加電場并不能有效地抑制化現(xiàn)象，因?yàn)橹绷骰妷旱碾S機(jī)性很大，施加交變電場僅僅相當(dāng)于在已有的直流化電壓基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流電壓，施加的電場正反方向幅值是恒定不變的，并不是定量有針對性地抑制化， 沒有考慮化電壓的大小和特性。因而，化電壓始終存在，并沒有被抑制掉， 流量信號仍然被淹沒在化電壓中，不能反應(yīng)出流速。并不能真正實(shí)現(xiàn)測量。
二、日本專利
1997年，日本的HATAKE RIICHI申請了電磁流量計(jì)的專利‘191，其傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-9的(a)和(b)所示。步進(jìn)電機(jī)(a) (b) 圖1-9永磁體勵(lì)磁的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖為了減小系統(tǒng)的功耗，在測量管道的外壁放置***塊永磁體(如圖a)，也可用兩塊旋轉(zhuǎn)方向相反的永磁體(如圖b)，該永磁體可在驅(qū)動裝置(如步進(jìn)電機(jī)) 的作用下旋轉(zhuǎn)，因而磁場方向是交替變化的。兩個(gè)電極的空間直線連線方向、磁場方向和流速方向三***兩兩垂直，因?yàn)椴粫陔姌O表面產(chǎn)生化現(xiàn)象，流速可以準(zhǔn)確測量。另外，由于采用非常低功耗的步進(jìn)電機(jī)，整個(gè)電磁流量計(jì)的功耗可大大降低。該方法的特點(diǎn)在于旋轉(zhuǎn)永磁體，以得到相反方向的磁場。但是，從本質(zhì)上講，本專利的設(shè)計(jì)思想和采用通電線圈的正反勵(lì)磁方式以消除化的原理相同。沒有實(shí)質(zhì)性的變化。而且，用電機(jī)驅(qū)動永磁體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，電磁流量計(jì)的整體能量消耗很大，功耗并未大大減小。