电磁变送器电磁场的损耗

电磁变送器电磁场的损耗
变送器激磁线圈产生的电磁场主要损耗有铜损和铁损。
其中铜损P即线圈电阻造成的能量损失：P=rI²
变送器的铁损是比较复杂的，可分为磁滞损耗和涡流损耗，而涡流损耗又可分为铁芯涡流损耗、测量管管壁涡流损耗和介质中的涡流损耗。
1.磁滞损耗是由于磁性材料的磁滞特性造成的。线圈通以交流电后，由于磁性材料的磁滞现象，磁通相位比电流相位滞后一定的角度（磁滞角）。根据电工学理论分析，在磁轭或铁芯中的磁滞损耗可用下式表示：

式中：
η--磁性物质的特性系数；
f--交变磁通的频率；
Bm--最大磁感应强度；
Vc--铁芯或磁轭的体积。
当铁芯中的磁感应强度没有达到饱和时，磁滞损耗是很小的。因此，变送器的磁轭、铁芯采用高磁导率的电工矽钢片做成，矽钢片的碾压方向最好与磁力线方向一致，这样，磁滞损耗大大下降，可以忽略不计。
2.磁轭内的涡流损耗
根据理论分析，磁轭中的涡轮损耗Pe可用下式来表示：

式中：
Kψ为磁通的波形因素，即磁通的有效值与正半周波平均值之比。当磁通为正弦波形时，Kψ=1.11；
σc为磁轭材料的电导率；
t为每片磁轭或铁芯插片的厚度。
从式3-25可见，磁轭应采用磁导率高、电导率低的薄片，每片之间应绝缘，可以减少损耗。通常对几十赫兹的市电频率，矽钢片厚度为0.25~0.5mm就可以使涡流损耗不致超过容许值。
综合3-24和3-25，铁芯或磁轭内总的损耗为：

假定3磁滞损耗与Bm的二次方成正比（即假定n=2），可简化公式得：

3.金属测量管内的涡流损耗
变送器测量管内的涡流损耗Pd可由下式来表示：

式中：
L/a为磁场轴向长度与测量管直径之比；
a为金属测量管的内半径
b为金属测量管的外半径
ω为磁通的角频率，ω=2πf；
ρd为测量管材料的电阻率；
B为磁场的磁感应强度。
由此可见，激磁电源的频率越高、磁场强度越强、磁场的轴向长度越长、测量管的管径越大、壁厚越厚，则涡电流越大、涡流损耗越大，磁感应强度滞后于磁场电流的相位差角也越大。
实际制造过程中，通过测试证明，大口径变送器测量管的涡流损耗是很严重的。我们对φ700mm口径的变送器进行了测试，测量管材料为1Cr18Ni9Ti，测量管外径为φ726mm，壁厚为8mm，在激磁线圈之间安装测量管与不安装测量管时测得的磁路参数见表3-4.
其中，磁轭的铁损在无测量管时：


可见，测量管的涡流损耗很大，不仅使激磁电流增大，电压与电流的相位差减小到55度，并且使电流与磁通、信号的相位差变大，给整套仪表的配套带来很大的麻烦，而且使得整套仪表的稳定性也差。
4.介质中的涡流损耗
根据理论分析，我们可以解得介质中的涡流损耗Pi为：

式中，ρi为介质电阻率。
假如被测介质为水，ρi=10000Ω.cm，同样以φ700mm变送器为例，a=35.5,ω=15Gs,L/a=1.5,代入3-29式可得Pi=0.37*10-4W。由此可见，当测量电导率跟水接近的介质时，介质中的涡流损耗可以忽略不计。