電磁流量計動態反饋極化控制方法存在的問題及改進

電磁流量計動態反饋極化控制方法存在的問題及改進
   上一節詳細討論了動態反饋極化控制方法的原理以及具體的實現方法，理論上可以比較理想的消除極化電壓。但是，在上述動態反饋極化控制方法中， 采用反饋控制方法使控制時段的電極電勢值等于負的測量時段的電極電勢值， 調整測量時段和控制時段的時間間隔，使測量時段和控制時段的電極電勢值和時間的乘積相等，主觀上認為可以*抑制電極上的極化電壓。但是，由于對極化電壓的原理還不是十分了解，無法確定極化電壓和反饋電壓是否*等效， 因而無法確定極化是否可以*控制住。本課題對動態反饋極化控制方法進行了相關的實驗與研究。首先對基于該方法設計的恒磁式電磁流量儀表的初始零點的穩定性和重復性進行了觀察。圖4．3(a)、(b)分別為示波器記錄的該流量儀表上電時和工作兩個小時以后的靜態初始零點波形圖。(a)開機時初始零點(b)兩小時后初始零點圖4．3初始零點波形圖
   從圖4．3示波器記錄的波形可以看出，該動態反饋極化控制方法的電路上電后，開始階段的初始零點會發生漂移，但是工作一段時間后，初始零點基本不變。因此，對極化電壓的控制要達到良好的穩定程度，需要保證電路先工作足夠長的時間。
   此外，實驗過程中發現，每次控制流速的閥門開度調大以增大流速的瞬間， 測量顯示流速達到，在反饋控制作用下，該測量流速逐漸下降，當流速穩定時，經過一段時間后，顯示結果基本穩定但還是有逐步變小的趨勢。由此可以認為該反饋測量電路有一個穩定調整的過程，測控電路克服極化電壓的同時， 對感應電動勢也有較小的抑制作用。所以，該方法的流量儀表的穩定性和重復性還不特別理想。分析其主要原因如下：
   1)一般情況下，頻率越高，極化電壓被控制的越小，其靜態初始零點越穩定；但是頻率過高，反饋作用過于明顯，導致感應電動勢能否真正反應流速的變化方面存在疑問。因此，在未對極化電壓值進行監控的情況下，無法確定該動態反饋極化控制電路的控制頻率的選擇，包括整個控制．測量的周期，以及控制時段和測量時段的比例，以便限度的抑制極化，并準確獲得反映流量的感應電動勢信號(現在暫時用2KHz)。
  2)在未對極化電壓值進行監控的情況下，隨著電路工作時間的延長，無法確定極化電壓是穩定在一個固定值，還是隨時間不斷變化。而且采樣保持電路對信號的采樣和保持不精確，可能導致每個控制時序內不能將極化電壓控制到零。因此，本課題又在動態反饋控制方法的基礎上，對其進行了改進。
   4．1．3動態反饋極化控制方法的改進
   改進后的動態反饋極化控制方法的系統結構原理框圖如圖4．4所示。在該動態反饋極化控制方法的系統中，極化電壓是直流信號，其變化相對緩慢，變化頻率與模擬開關的控制頻率以及控制．測量的頻率相比小得多。而感應電動勢是由于微觀粒子在洛侖茲力的作用下發生偏轉而產生的，微觀粒子的偏轉速度極快，當流體在管道流動時，感應電動勢能在瞬間就建立起來。感應電動勢的產生速度遠遠大于模擬開關的控制頻率。圖4-4改進后的動態反饋極化控制方法的系統結構原理框圖因此，上述負反饋控制．測量時序對宏觀上的極化電壓有抑制作用，而對由微觀粒子的偏轉產生的感應電動勢并沒有影響。所以，在連續控制．測量時序的作用下，極化電壓*可以控制到某一個恒定值。而在測量時段，模擬開關斷開，電極上無反饋電壓信號，并且極化電壓還來不及變化，因此在控制極化電壓的前提下，采集電極上反映流體流量的感應電動勢信號。鑒于上述的結論，在圖4-4中，電極1和2上的信號S1和S2，經過信號放大器1和2后，獲得放大后的信號M10和M20，信號中包含極化電壓和反映流量的感應電動勢信號。由于極化電壓是直流信號，而感應電動勢變化速度很快，故信號M10和M20經過二階低通濾波器后，感應電動勢信號被濾除，僅剩下極化電壓信號M1 1和M21，通過A／D采樣轉換為數字量，由微處理器進行監控。同時，和上面利用采樣保持器獲得極化電壓值并直接進行反饋的方法不同，本方法去掉了采樣保持電路，轉而采用標準控制電壓進行反饋，這樣可以進一步降低系統的功耗和成本。由于對極化電壓信號Mll和M21進行A／D 采樣，這樣微處理器可以精確監控極化電壓的大小和極性，動態的調整正控制時間和負控制時間的比例，控制反饋信號的大小，從而使極化電壓穩定在某一個固定的值，真正實現對極化電壓的*控制。同時，為了簡化電路和提高精度，在控制時段所加的正負控制電壓固定為某一具體值。此時，模擬開關的控制時序以及電極上的信號波形如圖4．5所示。
   在圖4．5中，以電極1為例，Tal為測量時段，Ta2為控制時段，測量時段和控制時段的時間間隔均固定，它們合在一起構成一個完整的控制．測量周期。在測量時段內，模擬開關斷開以避免控制電壓對流量信號的測量產生影響，同時由于極化電壓變化緩慢，所以假定其在測量時段不發生變化。流量信號經過一定時間Tsa達到穩定后，A／D轉換器ADC0對電極上的流量信號V以及兩個電極上的極化電壓信號進行采樣。微處理器對采樣所得的極化電壓信號和設定值進行比較，根據比較的結果改變模擬開關Kll和K12的導通時間，進而改變控制階段正反饋電壓和負反饋電壓的作用時間，使極化電壓不斷向某一設定值靠攏，并最終穩定在該設定值，從而消除極化電壓對流量信號所產生的影響。電極B上的操作和電極A同步，這樣兩個電極上的信號差分即可獲得反映流量的感應電動勢信號。
   在對極化電壓的產生機理還不是非常清楚，且極化電壓的隨機性很大的情況下，改進后的動態反饋極化控制方法，引入了對極化電壓具體值的測量和控制，使極化電壓始終保持在某一設定值，從而有效抑制了極化電壓對反映流量信號的感應電動勢的影響。同時去除了采樣保持器電路，進一步降低了系統的功耗和成本，使整個系統最終實現電池供電成為可能。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多信息請訪問開封中儀網站：