本質(zhì)安全型防爆電磁流量計設計
流量計是測量流體在一段時間過的體積或者質(zhì)量的儀器，對于生產(chǎn)過程非常關(guān)鍵。隨著技術(shù)快速發(fā)展，流量計類越來越多，比如電磁流量計、超聲波量計、熱式流量計以及震動流量計等，電磁流量計以其簡單的結(jié)構(gòu)、可靠性高、精度高等優(yōu)點，在生產(chǎn)和生活用比例占60%以上。然而，由于在艦船中其經(jīng)常處于潮濕、腐蝕的使用環(huán)境，為此電磁流量計的防爆性能設計降低流量計電池耗能研究成為熱點。
1電磁流量計設計基本原理
電磁流量計是通過利用法拉第電磁感應定律設計，圖1為電磁流量計結(jié)構(gòu)示意圖，管內(nèi)為導電性，勵磁線圈為閉合回路，依據(jù)麥克斯韋電磁場理論，產(chǎn)生工作磁場。
對于直導體，在磁場中產(chǎn)生的感應電動勢E
式中，B--磁感應強度;D一導體長度;.V一運動速度。
圖2為流體流動方向、磁場方向和感應電動勢方向，符合右手規(guī)律，感電動勢大小見式（1)，對于管道內(nèi)流體流量Q大小見式(2)
將式(2)中V求出，帶入式(1)可得
由式(3)可知，管道尺寸確定，感應電動勢E與流量Q成正比。
2防爆電路設計
依據(jù)釋放源存在部位、釋放數(shù)量、擴散情況和通風情況等條件，爆炸場所可分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)，對于礦用產(chǎn)品，可以用于0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)，對于礦用產(chǎn)品，可以用于0區(qū)的產(chǎn)品防爆類型只有本質(zhì)安全性，對于用于0區(qū)的防爆電磁流量計，防爆性能至關(guān)重要。
本質(zhì)安全型電氣設備是指在正常運行和規(guī)定的故障條件下，所產(chǎn)生的火花或者熱效應均不能點燃爆炸性氣體合物的電氣設備[2]，本安電路設計時要從兩方面考慮，一是對本案和非本案部件進行隔離；二是能量限制。
GB3836.4—2010求的隔離包括爬電距離、電氣間隙和接地等要求，比在GB3836.4—2010表5中，依據(jù)電壓值來設計電氣間隙、爬電距離以及合適的CTI值絕緣材料。能量限制主要涉及到元件額定值選擇，依據(jù)GB3836.4—2010，電分為電阻性電路、電感性電路和電容性電路，圖3所示。電磁流量計感器電氣部分由連個線圈組成，包括電阻和電感，依據(jù)GB3836.4—2010圖A1中，根據(jù)電磁流量計防爆類型和電源電壓，確定*小點燃電流，比如設計工作電壓為18V的IIC類本安電路，點燃電流為0.66A，此外，要是電路慮安全系數(shù)，若是安全系數(shù)為1.5,則*大電流應小于0.44A。根據(jù)GB3836.4—2010圖A6,依據(jù)電壓和電流，選擇合適電感值，對于18V、0.44A的電感電路，電感設計應在0.8mH以下。
為了無論電路在正常工作狀態(tài)還是故障狀態(tài)，使安端有定壓和定流輸出特性，如圖4所示。選擇合適二極管安全柵或者齊納安全柵，若勵磁信號是周期性雙向電流，可以選擇TVS管。
3勵磁線圈仿真
利用COMSOL仿真軟件，對彎圓形、彎菱形和馬鞍形線圈進行仿真，采用相同線圈材料材質(zhì)和相同用料量，并在相同勵磁電流、勵磁頻率條件下，比較勵磁線圈產(chǎn)生的工作磁場強度分布情況。
首先建立仿真幾何模型，如圖5所示，為彎圓形勵磁線圈模型，進行電特性、磁特性和邊界條件設置，進行網(wǎng)格分析劃分等步驟，*后仿真可的磁場分布情況，圖6為磁力線分布，圖7為磁感應強度分布。對于彎菱形和馬鞍型線圈采用相同步驟進行仿真模擬，如圖8所示，為馬鞍型勵磁線圈。
通過模擬結(jié)果可以直觀得出相應空間點和面的磁場大小、磁場對稱情況，為了更好比較不同幾何形態(tài)的磁場沿管中軸線方向。管軸線方向和整個區(qū)域內(nèi)的均勻度情況，設定ε1、ε2、ε33個均勻度參數(shù)，表達式如下
仿真結(jié)果表明，三種形狀勵磁線圈磁感應強度大小關(guān)系為：馬鞍形*小、彎圓形*大。均勻度分析表明，ε1：馬鞍形*小，彎菱形*大；ε2：馬鞍形*小，彎菱形*大；ε3：馬鞍形*小，彎菱形*大。因此，磁感應強度越大，電極收到的信號越大，所以彎圓形效果*好；由于磁場均勻度越小，表明越均勻，渦電流損耗和磁場邊緣效應越小，為此，馬鞍型勵磁線圈效果*好。
4艦船外殼鹽霧試驗及防護
艦船用電磁流量計外殼材質(zhì)一般為鑄鐵、鑄鋼和不銹鋼，海洋中鹽霧濃度高、海水飛沬多造成設備腐蝕嚴重，鹽霧直接影響到設備的使用周期和可靠性，因此，流量計外殼應進行鹽霧實驗，實驗方法主要有戶外暴露實驗和實驗室鹽霧箱模擬兩種，使用使用標準有GB/T2423.17—2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程試驗Ka：鹽霧試驗方法》和GB/T2423.18*2000《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分：試驗試驗Kb：鹽霧，交變（氯化鈉溶液）》。
5結(jié)語
電磁流量計由于其使用環(huán)境特殊，因此其防爆性能和勵磁系統(tǒng)研究至關(guān)重要，本文對于電磁流量計基本原理和防爆電路設計進行詳細闡述，并對不同形狀線圈感應磁場進行仿真模擬。
