Принцип работы электромагнитных расходомеров

[Auratos]

Добрый день. Я участвую в разработке электромагнитного расходомера. Сам я по образованию программист, но активно пытаюсь вникнуть в физическую область разработки. Устройство расходомера: рабочий участок трубы преобразователя, изготовленный из немагнитного материала и покрытый изнутри электрической изоляцией (резиной, эмалью, фторопластом и т.п.), расположен между полюсами электромагнита. Через стенку трубы изолированно от нее по диаметру введены электроды, находящиеся в электрическом контакте с жидкостью. Силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через ось трубы и линию электродов. В соответствии с законом электромагнитной индукции при осесимметричном профиле скоростей в жидкости между электродами будет наводиться ЭДС.
В программе же алгоритм реализован так: сначала я включаю положительный ток на катушке 1 на 400мс. Делаю 5 замеров напряжения на электродах. По истечению 400мс делаю замер тока на катушке. Выключаю ток. Через 100мс включаю отрицательный ток на катушке 2 на 400мс. Делаю те же 5 замеров напряжения и один замер тока. Выключаю ток на катушке 2. Далее повторяю действия. Когда расход большой в трубе, то я вижу красивый сигнал (рисунок 1, где красным цветов выделено напряжение на катушках, а зеленым - напряжение на электродах). А вот когда расход очень мал или отсутствует, то я вижу сигнал, что на картинке 2. Объясните, пожалуйста, физические явление этих "пик" на зеленом графике. Я предполагаю, что это ЭДС самоиндукции, но хотелось бы поточнее узнать, оно ли и почему именно так.

[EUgeneUS]

Auratos
Во-1-х. Так как второй раз Вы включаете ток в катушках в обратную сторону, то на на графике у Вас ошибка: второй красный прямоугольник должен быть "вниз".
Во-2-х. Не очень понятно, как всего пятью отсчетами Вы обнаружили настолько узкие пики.
И наконец.
Сигнал на измерительных электродах очевидно "производная" (с некоторой точностью, конечно) сигнала на катушках.
У него две причины:

1. "Трансформаторный эффект" - возникновении в измерительном контуре (который можно рассматривать как замкнутый виток) ЭДС индукции при изменении тока (а значит магнитного поля) в контуре с катушками.
2. Возникновении дифференцирующей RC-цепочки на сопротивлении между электродами и паразитной емкостью между контуром с катушками и измерительным контуром.

[Auratos]

EUgeneUS в сообщении #1345866 писал(а):

Auratos
"Трансформаторный эффект" - возникновении в измерительном контуре (который можно рассматривать как замкнутый виток) ЭДС индукции при изменении тока (а значит магнитного поля) в контуре с катушками.

Я понял, что с изменением тока в катушке "пик" идет вверх, а в какой момент он идет на спад? Когда ток достиг своего максимума при данном напряжении? И почему при включении тока пики больше, чем при отключении? Вы можете как-нибудь простенько проиллюстрировать данный момент, как появляется данный пик с изменением тока?

-- 13.10.2018, 11:36 --

EUgeneUS в сообщении #1345866 писал(а):

Auratos
Не очень понятно, как всего пятью отсчетами Вы обнаружили настолько узкие пики.

Сигнал был снят с осциллографа. Просто я забыл флешку на работе с живым сигналом, пришлось проиллюстрировать в Paint

[EUgeneUS]

Auratos в сообщении #1345869 писал(а):

Я понял, что с изменением тока в катушке "пик" идет вверх, а в какой момент он идет на спад?

Неправильно поняли. ЭДС индукции равна:

$\varepsilon = - \frac{d \Phi}{d t} = -L_{12} \frac{dI}{dt}$

Где, $\Phi$ - магнитный поток через контур (в данном случае, через контур с измерительными электродами), $L_{12}$ - взаимная индуктивность между катушкой и контуром с измерительными электродами.
То есть ЭДС в контуре с измерительными электродами пропорциональна (с точностью до знака) скорости изменения (то есть производной по времени) магнитного потока (или тока через катушку).
Если ток через катушку - идеальный меандр, то пик напряжения будет бесконечно узкий и бесконечно высокий. Но идеальных меандров не бывает.

Если Вы снимите осциллограмму тока (а не напряжения) через катушку, а потом развернете фронт, то увидите, что он не идеальный, а "заваленный".
И ЭДС в контуре с измерительными электродами будет практически в точности его производной.

-- 13.10.2018, 11:05 --

Auratos в сообщении #1345869 писал(а):

И почему при включении тока пики больше, чем при отключении?

Отчего зависит ширина и высота пика?
Как видели выше - высота пика зависит от максимальной скорости изменения тока в катушке.
Ширина - от длительности переходного процесса.

При при подаче напряжения на катушку, ток растёт (почти) так: $I = \frac{U}{R}(1-e^{\frac{-tR}{L}})$
Где, $R$ - сопротивление в контуре с катушкой, $L$ - индуктивность катушки
Поэтому передний фронт пика - почти вертикальный (он заваливается из-за всяких паразитных ёмкостей).
Длительность заднего фронта пика определяется постоянной времени LR-цепочки ($\tau = \frac{L}{R}$)
Скорее всего индуктивность катушки небольшая, постоянная времени получается маленькая.

[Auratos]

EUgeneUS, спасибо большое за развернутый ответ