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【摘要】处理腔是变频电磁水处理装置的重要组成部分，本文分别对处理腔单股缠绕式螺线管和双股缠绕式螺线管施加固定频率1000Hz、电压0V—400V的方波信号，测量出通过螺线管的电流。参考“比奥-萨法尔定律”对单、双股缠绕式螺线管磁场强度进行了计算对比分析，得出了单股、双股缠绕式螺线管处理腔磁感应强度的计算公式。
【关键词】处理腔；磁感应强度；对比分析；比奥-萨法尔定律
1、引言
在工业循环水系统中，变频电磁水处理能有效地抑制水垢的生成，甚至可以消除已经形成的水垢。因此本实验加磁装置必须提供足够大的磁场以达到实验需求。在实验过程中磁场强度是一个非常关键的参数[1-2]，由于本实验装置处理腔管径小因此采用测量螺线管中通过电流的方法达到测量螺线管中磁感应强度。当螺线管长度和管径比较大时螺线管内部基本为匀强磁场，因此本实验螺线管磁感应强度可以通过轴线上磁场强度确定，有单层螺线管进一步延伸可得到多层螺线管的计算公式[。通过多种方法计算磁场强度进行数据分析检验推导公式的可用性。
2、处理腔电磁场实验数据分析
本实验采用的螺线管式处理腔，在PVC管道外壁上缠绕不同层数线圈，每层320匝，直径为0.69mm的漆包线紧密缠绕形成螺线管，处理腔外径25mm，内径20mm，长度250mm。施加1000HZ的方波信号进行研究
2.1单股螺线管处理腔电磁场的实验数据分析
根据实验需求在PVC管道外壁上紧密缠绕形成18层螺线管，可以看出螺线管层数越少，达到一定磁场强度通过的电流越大。随着螺线管层数的减少螺线管处理腔内部所能达到的最大磁感应强度先增大再减小，在第6层时螺线管处理腔能达到最大磁场强度450Gs。
2.2双股螺线管处理腔电磁场的实验数据分析
根据实验需求在PVC管道外壁上用两股漆包线紧密缠绕形成18层螺线管，接接到同一个方波信号源上，双股螺线管实验结束后根据记录数据总结不同层数螺线管处理腔内部达到固定磁场强度所通过的电流，我们可以看出螺线管层数越少，达到一定磁感应强度通过的电流越大。随着螺线管层数的减少螺线管处理腔内部所能达到的磁感应强度一直增大。在第10层时磁场强度达到最大500Gs，同时通过的电流也达到最大。
3、螺线管处理腔磁感应强度计算
“毕奥—萨伐尔定律”电流元在某点P产生的磁场的磁感应强度，可推导出载流圆线圈轴线上的磁感应强度，载流圆线圈产生磁场，进一步可推导出螺线管轴线上任意一点的磁感应强度。半径为R，单位长度的线圈匝数为n，长为L的直螺线管轴线上的磁场强度B。取轴线上任意一点P点的磁感应强度，所以
，所以（1）
3.1单股螺线管磁感应强度近似计算
针对于本试验台螺线管长度0.25m，PPV管半径0.0125m。设轴线上P距离螺线管最左边x，距离螺线管最右边y，管径R。由（2）式得P点磁感应强度：
建立拉格朗日函数求出轴线上磁感应强度的最大值，解得当x=y=0.125时B取得最大值，
（2）
当螺线管管径相对比较小，螺线管长度较大时处理腔内磁场近似为匀强磁场，这样本实验就可以运用（2）式计算单股螺线管处理腔的磁感应强度近似计算。对比王华军等人关于螺线管中多层螺线管的计算公式：
（3）
这里螺线管半径r0，内半径ri，线圈厚度r0-ri，每层单位长度上的匝数为n1，单位厚度上的层数为n2。结合本实装置数据代入公式（2）、（3）进行计算分析选取了单股螺线管第六层实验数据进行对比分析如表1。
在本实验条件下运用利用公式（2）、公式（3）对单股螺线管第5层到第14层磁场强度进行计算相对误差均小于5%，且通过“毕奥—萨伐尔定律”结合拉格朗日函数推导出的计算公式相对误差更小。
3.2双股螺线管磁感应强度近似计算
论证螺线管磁感应强度计算公式在双股螺线管可用性。假设双股螺线管磁感应强度计算公式（4）。由于缠绕的双股螺线管同时走线，所以
（5）
结合本实装置数据代入公式（5）、（3）进行计算分析选取了第10层进行对比分析如表1。在本实验条件下运用利用公式（5）、公式（3）对双股螺线管第10层到第20层磁感应强度进行计算。对比公式（3）、（5）数据可知由公式（3）计算的磁感应强度和真实值更接近相对误差更小。
4、结论
1）在本实验条件下通过对单股、双股螺线管处理腔的实验分析，可以看出螺线管层数越少，达到一定磁感应强度所加的电压越小，通过的电流越大。
2）在本实验条件下通过计算验证把直流螺线管磁感应强度计算公式运用到方波信号源的螺线管磁感应强度计算上。在计算单股多层螺线管磁感应强度时公式（2）更准确。在计算双股多层螺线管磁场强度时公式（3）更准确。进而实现了实验装置磁场强度的在线测量。
参考文献
[1]杨善让，徐志明，孙灵芳.换热设备污垢与对策（第二版）[M]北京：科学出版社，2004：30-43
[2]王茂森，姜涛.高频电磁场防垢技术在火电厂的应用[J]中国电力，2003，33（7）：27-30.
【关键词】处理腔；磁感应强度；对比分析；比奥-萨法尔定律
1、引言
在工业循环水系统中，变频电磁水处理能有效地抑制水垢的生成，甚至可以消除已经形成的水垢。因此本实验加磁装置必须提供足够大的磁场以达到实验需求。在实验过程中磁场强度是一个非常关键的参数[1-2]，由于本实验装置处理腔管径小因此采用测量螺线管中通过电流的方法达到测量螺线管中磁感应强度。当螺线管长度和管径比较大时螺线管内部基本为匀强磁场，因此本实验螺线管磁感应强度可以通过轴线上磁场强度确定，有单层螺线管进一步延伸可得到多层螺线管的计算公式[。通过多种方法计算磁场强度进行数据分析检验推导公式的可用性。
2、处理腔电磁场实验数据分析
本实验采用的螺线管式处理腔，在PVC管道外壁上缠绕不同层数线圈，每层320匝，直径为0.69mm的漆包线紧密缠绕形成螺线管，处理腔外径25mm，内径20mm，长度250mm。施加1000HZ的方波信号进行研究
2.1单股螺线管处理腔电磁场的实验数据分析
根据实验需求在PVC管道外壁上紧密缠绕形成18层螺线管，可以看出螺线管层数越少，达到一定磁场强度通过的电流越大。随着螺线管层数的减少螺线管处理腔内部所能达到的最大磁感应强度先增大再减小，在第6层时螺线管处理腔能达到最大磁场强度450Gs。
2.2双股螺线管处理腔电磁场的实验数据分析
根据实验需求在PVC管道外壁上用两股漆包线紧密缠绕形成18层螺线管，接接到同一个方波信号源上，双股螺线管实验结束后根据记录数据总结不同层数螺线管处理腔内部达到固定磁场强度所通过的电流，我们可以看出螺线管层数越少，达到一定磁感应强度通过的电流越大。随着螺线管层数的减少螺线管处理腔内部所能达到的磁感应强度一直增大。在第10层时磁场强度达到最大500Gs，同时通过的电流也达到最大。
3、螺线管处理腔磁感应强度计算
“毕奥—萨伐尔定律”电流元在某点P产生的磁场的磁感应强度，可推导出载流圆线圈轴线上的磁感应强度，载流圆线圈产生磁场，进一步可推导出螺线管轴线上任意一点的磁感应强度。半径为R，单位长度的线圈匝数为n，长为L的直螺线管轴线上的磁场强度B。取轴线上任意一点P点的磁感应强度，所以
，所以（1）
3.1单股螺线管磁感应强度近似计算
针对于本试验台螺线管长度0.25m，PPV管半径0.0125m。设轴线上P距离螺线管最左边x，距离螺线管最右边y，管径R。由（2）式得P点磁感应强度：
建立拉格朗日函数求出轴线上磁感应强度的最大值，解得当x=y=0.125时B取得最大值，
（2）
当螺线管管径相对比较小，螺线管长度较大时处理腔内磁场近似为匀强磁场，这样本实验就可以运用（2）式计算单股螺线管处理腔的磁感应强度近似计算。对比王华军等人关于螺线管中多层螺线管的计算公式：
（3）
这里螺线管半径r0，内半径ri，线圈厚度r0-ri，每层单位长度上的匝数为n1，单位厚度上的层数为n2。结合本实装置数据代入公式（2）、（3）进行计算分析选取了单股螺线管第六层实验数据进行对比分析如表1。
在本实验条件下运用利用公式（2）、公式（3）对单股螺线管第5层到第14层磁场强度进行计算相对误差均小于5%，且通过“毕奥—萨伐尔定律”结合拉格朗日函数推导出的计算公式相对误差更小。
3.2双股螺线管磁感应强度近似计算
论证螺线管磁感应强度计算公式在双股螺线管可用性。假设双股螺线管磁感应强度计算公式（4）。由于缠绕的双股螺线管同时走线，所以
（5）
结合本实装置数据代入公式（5）、（3）进行计算分析选取了第10层进行对比分析如表1。在本实验条件下运用利用公式（5）、公式（3）对双股螺线管第10层到第20层磁感应强度进行计算。对比公式（3）、（5）数据可知由公式（3）计算的磁感应强度和真实值更接近相对误差更小。
4、结论
1）在本实验条件下通过对单股、双股螺线管处理腔的实验分析，可以看出螺线管层数越少，达到一定磁感应强度所加的电压越小，通过的电流越大。
2）在本实验条件下通过计算验证把直流螺线管磁感应强度计算公式运用到方波信号源的螺线管磁感应强度计算上。在计算单股多层螺线管磁感应强度时公式（2）更准确。在计算双股多层螺线管磁场强度时公式（3）更准确。进而实现了实验装置磁场强度的在线测量。
参考文献
[1]杨善让，徐志明，孙灵芳.换热设备污垢与对策（第二版）[M]北京：科学出版社，2004：30-43
[2]王茂森，姜涛.高频电磁场防垢技术在火电厂的应用[J]中国电力，2003，33（7）：27-30.