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電磁變送器電磁場的損耗

電磁變送器電磁場的損耗
變送器激磁線圈產生的電磁場主要損耗有銅損和鐵損。
其中銅損P即線圈電阻造成的能量損失：P=rI²
變送器的鐵損是比較復雜的，可分為磁滯損耗和渦流損耗，而渦流損耗又可分為鐵芯渦流損耗、測量管管壁渦流損耗和介質中的渦流損耗。
1.磁滯損耗是由于磁性材料的磁滯特性造成的。線圈通以交流電后，由于磁性材料的磁滯現象，磁通相位比電流相位滯后一定的角度（磁滯角）。根據電工學理論分析，在磁軛或鐵芯中的磁滯損耗可用下式表示：

式中：
η--磁性物質的特性系數；
f--交變磁通的頻率；
Bm--最大磁感應強度；
Vc--鐵芯或磁軛的體積。
當鐵芯中的磁感應強度沒有達到飽和時，磁滯損耗是很小的。因此，變送器的磁軛、鐵芯采用高磁導率的電工矽鋼片做成，矽鋼片的碾壓方向最好與磁力線方向一致，這樣，磁滯損耗大大下降，可以忽略不計。
2.磁軛內的渦流損耗
根據理論分析，磁軛中的渦輪損耗Pe可用下式來表示：

式中：
Kψ為磁通的波形因素，即磁通的有效值與正半周波平均值之比。當磁通為正弦波形時，Kψ=1.11；
σc為磁軛材料的電導率；
t為每片磁軛或鐵芯插片的厚度。
從式3-25可見，磁軛應采用磁導率高、電導率低的薄片，每片之間應絕緣，可以減少損耗。通常對幾十赫茲的市電頻率，矽鋼片厚度為0.25~0.5mm就可以使渦流損耗不致超過容許值。
綜合3-24和3-25，鐵芯或磁軛內總的損耗為：

假定3磁滯損耗與Bm的二次方成正比（即假定n=2），可簡化公式得：

3.金屬測量管內的渦流損耗
變送器測量管內的渦流損耗Pd可由下式來表示：

式中：
L/a為磁場軸向長度與測量管直徑之比；
a為金屬測量管的內半徑
b為金屬測量管的外半徑
ω為磁通的角頻率，ω=2πf；
ρd為測量管材料的電阻率；
B為磁場的磁感應強度。
由此可見，激磁電源的頻率越高、磁場強度越強、磁場的軸向長度越長、測量管的管徑越大、壁厚越厚，則渦電流越大、渦流損耗越大，磁感應強度滯后于磁場電流的相位差角也越大。
實際制造過程中，通過測試證明，大口徑變送器測量管的渦流損耗是很嚴重的。我們對φ700mm口徑的變送器進行了測試，測量管材料為1Cr18Ni9Ti，測量管外徑為φ726mm，壁厚為8mm，在激磁線圈之間安裝測量管與不安裝測量管時測得的磁路參數見表3-4.
其中，磁軛的鐵損在無測量管時：


可見，測量管的渦流損耗很大，不僅使激磁電流增大，電壓與電流的相位差減小到55度，并且使電流與磁通、信號的相位差變大，給整套儀表的配套帶來很大的麻煩，而且使得整套儀表的穩定性也差。
4.介質中的渦流損耗
根據理論分析，我們可以解得介質中的渦流損耗Pi為：

式中，ρi為介質電阻率。
假如被測介質為水，ρi=10000Ω.cm，同樣以φ700mm變送器為例，a=35.5,ω=15Gs,L/a=1.5,代入3-29式可得Pi=0.37*10-4W。由此可見，當測量電導率跟水接近的介質時，介質中的渦流損耗可以忽略不計。