【摘要】處理腔是變頻電磁水處理裝置的重要組成部分，本文分別對處理腔單股纏繞式螺線管和雙股纏繞式螺線管施加固定頻率1000Hz、電壓0V—400V的方波信號，測量出通過螺線管的電流。參考“比奧-薩法爾定律”對單、雙股纏繞式螺線管磁場強度進行了計算對比分析，得出了單股、雙股纏繞式螺線管處理腔磁感應強度的計算公式。

【關鍵詞】處理腔；磁感應強度；對比分析；比奧-薩法爾定律

1、引言

在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中，變頻電磁水處理能有效地抑制水垢的生成，甚至可以消除已經(jīng)形成的水垢。因此本實驗加磁裝置必須提供足夠大的磁場以達到實驗需求。在實驗過程中磁場強度是一個非常關鍵的參數(shù)[1-2]，由于本實驗裝置處理腔管徑小因此采用測量螺線管中通過電流的方法達到測量螺線管中磁感應強度。當螺線管長度和管徑比較大時螺線管內部基本為勻強磁場，因此本實驗螺線管磁感應強度可以通過軸線上磁場強度確定，有單層螺線管進一步延伸可得到多層螺線管的計算公式[。通過多種方法計算磁場強度進行數(shù)據(jù)分析檢驗推導公式的可用性。

2、處理腔電磁場實驗數(shù)據(jù)分析

本實驗采用的螺線管式處理腔，在PVC管道外壁上纏繞不同層數(shù)線圈，每層320匝，直徑為0.69mm的漆包線緊密纏繞形成螺線管，處理腔外徑25mm，內徑20mm，長度250mm。施加1000HZ的方波信號進行研究

2.1單股螺線管處理腔電磁場的實驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實驗需求在PVC管道外壁上緊密纏繞形成18層螺線管，可以看出螺線管層數(shù)越少，達到一定磁場強度通過的電流越大。隨著螺線管層數(shù)的減少螺線管處理腔內部所能達到的最大磁感應強度先增大再減小，在第6層時螺線管處理腔能達到最大磁場強度450Gs。

2.2雙股螺線管處理腔電磁場的實驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實驗需求在PVC管道外壁上用兩股漆包線緊密纏繞形成18層螺線管，接接到同一個方波信號源上，雙股螺線管實驗結束后根據(jù)記錄數(shù)據(jù)總結不同層數(shù)螺線管處理腔內部達到固定磁場強度所通過的電流，我們可以看出螺線管層數(shù)越少，達到一定磁感應強度通過的電流越大。隨著螺線管層數(shù)的減少螺線管處理腔內部所能達到的磁感應強度一直增大。在第10層時磁場強度達到最大500Gs，同時通過的電流也達到最大。

3、螺線管處理腔磁感應強度計算

“畢奧—薩伐爾定律”電流元在某點P產生的磁場的磁感應強度，可推導出載流圓線圈軸線上的磁感應強度，載流圓線圈產生磁場，進一步可推導出螺線管軸線上任意一點的磁感應強度。半徑為R，單位長度的線圈匝數(shù)為n，長為L的直螺線管軸線上的磁場強度B。取軸線上任意一點P點的磁感應強度，所以

，所以（1）

3.1單股螺線管磁感應強度近似計算

針對于本試驗臺螺線管長度0.25m，PPV管半徑0.0125m。設軸線上P距離螺線管最左邊x，距離螺線管最右邊y，管徑R。由（2）式得P點磁感應強度：

建立拉格朗日函數(shù)求出軸線上磁感應強度的最大值，解得當x=y=0.125時B取得最大值，

（2）

當螺線管管徑相對比較小，螺線管長度較大時處理腔內磁場近似為勻強磁場，這樣本實驗就可以運用（2）式計算單股螺線管處理腔的磁感應強度近似計算。對比王華軍等人關于螺線管中多層螺線管的計算公式：

（3）

這里螺線管半徑r0，內半徑ri，線圈厚度r0-ri，每層單位長度上的匝數(shù)為n1，單位厚度上的層數(shù)為n2。結合本實裝置數(shù)據(jù)代入公式（2）、（3）進行計算分析選取了單股螺線管第六層實驗數(shù)據(jù)進行對比分析如表1。

在本實驗條件下運用利用公式（2）、公式（3）對單股螺線管第5層到第14層磁場強度進行計算相對誤差均小于5%，且通過“畢奧—薩伐爾定律”結合拉格朗日函數(shù)推導出的計算公式相對誤差更小。

3.2雙股螺線管磁感應強度近似計算

論證螺線管磁感應強度計算公式在雙股螺線管可用性。假設雙股螺線管磁感應強度計算公式（4）。由于纏繞的雙股螺線管同時走線，所以

（5）

結合本實裝置數(shù)據(jù)代入公式（5）、（3）進行計算分析選取了第10層進行對比分析如表1。在本實驗條件下運用利用公式（5）、公式（3）對雙股螺線管第10層到第20層磁感應強度進行計算。對比公式（3）、（5）數(shù)據(jù)可知由公式（3）計算的磁感應強度和真實值更接近相對誤差更小。

4、結論

1）在本實驗條件下通過對單股、雙股螺線管處理腔的實驗分析，可以看出螺線管層數(shù)越少，達到一定磁感應強度所加的電壓越小，通過的電流越大。

2）在本實驗條件下通過計算驗證把直流螺線管磁感應強度計算公式運用到方波信號源的螺線管磁感應強度計算上。在計算單股多層螺線管磁感應強度時公式（2）更準確。在計算雙股多層螺線管磁場強度時公式（3）更準確。進而實現(xiàn)了實驗裝置磁場強度的在線測量。

參考文獻

[1]楊善讓，徐志明，孫靈芳.換熱設備污垢與對策（第二版）[M]北京：科學出版社，2004：30-43

[2]王茂森，姜濤.高頻電磁場防垢技術在火電廠的應用[J]中國電力，2003，33（7）：27-30.