Question

单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的体积流量(以下简称流量)．有一种利用电磁原理测量非磁性导电液体(如自来水、啤酒等)流量的装置，称为电磁流量计．它主要由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表两部分组成．

传感器的结构如图17所示，圆筒形测量管内壁绝缘，其上装有一对电极a和c，a、c间的距离等于测量管内径D，测量管的轴线与a、c的连线方向以及通电线圈产生的磁场方向三者相互垂直．当导电液体流过测量管时，在电极a、c间出现感应电动势E，并通过与电极连接的仪表显示出液体的流量Q.设磁场均匀恒定，磁感应强度为B.

 (1)已知D＝0.40 m，B＝2.5×10^－3 T，Q＝0.12 m³/s，设液体在测量管内各处流速相同，试求E的大小(π取3.0)；

 (2)一新建供水站安装了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值，但实际显示却为负值，经检查，原因是误将测量管接反了，即液体由测量管出水口流入，从入水口流出．因水已加压充满管道，不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量指示变为正值的简便方法；

(3)显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为R.a、c间导电液体的电阻r随液体电阻率的变化而变化，从而会影响显示仪表的示数．试以E、R、r为参量，给出电极a、c间输出电压U的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的影响．

图17

Answer 1

解析：(1)导电液体通过测量管时，相当于导线做切割磁感线的运动．在电极a、c间切割磁感线的液柱长度为D，设液体的流速为v，则产生的感应电动势为E＝BDv①

由流量的定义，有Q＝Sv＝v②

①②式联立可解得E＝BD＝

代入数据得E＝V＝1.0×10^－3 V

(2)能使仪表显示的流量变为正值的方法简便、合理即可．如：改变通电线圈中电流的方向，使磁场B反向；或将传感器输出端对调接入显示仪表．

(3)传感器和显示仪表构成闭合电路，由闭合电路欧姆定律得：

I＝

U＝IR＝＝③

输入显示仪表的是a、c间的电压U，流量示数和U一一对应．E与液体电阻率无关，而r随电阻率的变化而变化．由③式可看出，r变化相应地U也随之变化．在实际流量不变的情况下，仪表显示的流量示数会随a、c间的电压U的变化而变化．增大R，使R≫r，则U≈E，这样就可以降低液体电阻率变化对显示仪表流量示数的影响．