電磁流量計各種勵磁技術的工作原理及特點

電磁流量計各種勵磁技術的工作原理及特點
   電磁流量計的勵磁技術決定了電磁流量傳感器工作磁場的特征。由于電磁流量傳感器磁路是不飽和的，即是線性化磁路，因而勵磁電流波形與磁通波形基本一致，所以電磁流量計勵磁技術決定了電磁流量計信號處理技術，下面就幾種勵磁技術的工作原理及特點做一下分析比較。
  一、直流勵磁
   直流勵磁技術是利用直流電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電或者永磁體以形成恒定的勵磁磁場，它的勵磁波形如圖2．2所示。圖2．2直流勵磁這種直流勵磁技術具有勵磁方法簡單、可靠，受工頻交流電磁場干擾影響很小，流體中的自感現象可忽略不計等優點。然而，直流勵磁技術存在的問題是直流感應電勢在兩電極表面形成固定的正負極性，從而引起被測流體介質電解，導致電極表面出現極化現象。這種現象的存在將使由流量信號感應的電勢減弱，電極間等效電阻增大，同時出現電極極化和電勢漂移，以至嚴重影響信號轉換放大部分的工作。其次，直流勵磁在電極間所產生的不均衡的電化學干擾電勢疊加在直流流量信號中，不僅無法消除，而且還隨著時間、流體介質特性以及流體流動狀態等變化而變化。再次，直流放大器的零點漂移、噪聲和穩定性等問題難以獲得很好解決。基于以上原因，目前直流勵磁技術僅局限在原子能工業中，應用于導電率*、流體內阻特小且幾乎不產生極化效應的液態金屬(例如汞等)流量測量中，且測量電極都是采用貴重的鉑電極。但是，即使電極采用極化電壓很小的鉑、金等貴金屬及其合金材料，也常常存在微弱的極化電壓，而且采用貴重金屬將使得儀表的制造成本較高【231。所以，直流勵磁對一般流體的測量困難，極化電壓大，目前僅僅適用于測量非電解質液體(如液態金屬等)的流量測量。
   二、工頻正弦波勵磁
   工頻正弦波勵磁技術是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電，使之形成正弦波勵磁磁場，其勵磁波形如圖2．3所示。其主要特點是能夠基本消除電極表面的極化現象，降低電極電化學電勢影響和傳感器內阻。另外，采用工頻正弦波勵磁技術，其傳感器輸出流量信號仍然是工頻正弦波信號，易于信號放大處理，而且能夠避免直流放大器存在的實際困難，勵磁電源簡單、方便。圖2．3工頻正弦波勵磁
    但是，工頻正弦波勵磁技術的采用會帶來一系列電磁感應干擾和噪聲。首先，電磁感應產生的正交干擾(又稱為變壓器效應)，其干擾幅值與頻率成正比， 相位比流量信號滯后90度，而且實際中一般又遠遠大于流量信號，因此如何克服正交干擾電勢的影響是正弦波勵磁技術的主要難題。其次，工頻正弦波供電電源存在電源電壓幅值和頻率波動的影響，產生供電電源性干擾。第三，存在電磁感應的渦流效應、靜電感應的分布電容、雜散電流產生同相干擾，且此干擾電勢的頻率和工頻*一致，并疊加在流量信號之中難以消除，以致電磁流量計零點不穩定。雖然采用相敏整流、嚴格的電磁屏蔽和線路補償、電源補償、自動正交抑制系統等技術措施以消除與流量信號頻率一致的工頻干擾電壓，但由于正交電勢的幅值比流量信號電勢幅值大幾個數量級，正交抑制系統等抗干擾技術措施的任何不完善，都可能引起一部分正交電勢轉化為同相干擾電勢， 導致電磁流量計零點不穩定，精度難以提高。
  三、低頻矩形波勵磁
  低頻矩形波勵磁技術是一種介于直流勵磁和工頻交流勵磁之間的勵磁技術，其勵磁波形如圖2．4所示。(a)單極性低頻矩形波(b)雙極性低頻矩形波圖2．4低頻矩形波勵磁低頻矩形波勵磁矩形波勵磁技術既具有直流勵磁技術不產生渦流效應、變壓器效應(正交干擾)和同相干擾等優點，又具有工頻正弦波勵磁基本不產生極化效應，便于信號放大處理，并能避免直流放大器零點漂移、噪聲、穩定性等問題的優點，具有較好的抗干擾性能。正是基于以上優點，低頻矩形波勵磁技術得以在電磁流量計中獲得廣泛應用。但是，由于勵磁線圈并非理想電阻， 勵磁電流在上升和下降階段存在的微分干擾使矩形波前后沿變平坦，而且在測量漿液等液固兩相導電性流體時電極表面還會產生尖峰電勢干擾。這些缺點限制了該勵磁技術的廣泛應用。
   四、三值低頻矩形波勵磁
   三值低頻矩形波勵磁技術【19】采用工頻頻率的八分之一為周期，采用正．零． 負．零．正的規律變化的激磁波形，其勵磁波形如圖2．5所示。圖2．5三值低頻矩形波勵磁
   三值低頻矩形波勵磁技術的特點是能夠通過零值勵磁時進行動態零點校正，進一步提高了零點穩定性。當勵磁電流發生變化時，電磁感應出現的微分干擾同樣利用勵磁電流穩定時段采樣加以消除，此時微分干擾按照指數規律衰減至零。其次同樣采用寬脈沖采樣，借以消除混在流量信號電壓中的工頻干擾電壓。第三，通過一個周期內的四次采樣值，近似認為極化電勢恒定，利用微處理器的邏輯判斷功能和數值運算功能消除極化電勢的影響。因此，三值低頻矩形波勵磁技術能夠進一步提高零點的穩定性，抗工頻力增強，測量精度進一步提高。同時，傳感器單位流速的流量信號電壓比工頻勵磁時減少了很多，降低了勵磁功耗，進一步實現了電磁流量計小型輕量一體化。另一方面微處理器技術的引入，增強電磁流量計功能，開辟了電磁流量計智能化的時代。正是基于以上的優點，三值低頻矩形波勵磁技術成為當代電磁流量計中應用廣泛的一種勵磁技術。
   五、雙頻矩形波勵磁
   雙頻勵磁方式是日本橫河電機公司研究開發的一種高、低頻矩形波調制波的勵磁方式，其勵磁波形如圖2-6所示。圖2．6雙頻矩形波勵磁雙頻矩形波勵磁的主要目的是使電磁流量計對流量的變化響應快、零點穩定，同時對流動噪聲影響不敏感。其基本原理是綜合利用低頻勵磁來提高零點穩定性和高頻勵磁的快速動態響應特點，使兩者性能互補。因此，雙頻勵磁的電磁流量計既有零點穩定性和測量精度高的優點，又具有響應速度快和抗力強的優點，是低頻和高頻矩形波勵磁的結合。
    綜合上面對各種勵磁方式的分析，不難發現，無論是哪種勵磁方式都有各自的優缺點。低頻勵磁可以降低微分干擾和同相干擾，而且零點的穩定性高； 高頻勵磁可以減小極化現象，漿液噪聲降低，而且響應速度快。此外，良好的接地與靜電屏蔽，遠離干擾源可以降低共模干擾和串模干擾。勵磁方式的選擇應該根據流體介質的差異以及對測量要求的不同等因素綜合考慮選擇出合適的勵磁方式。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、插入渦街流量計、智能渦街流量計，更多信息請訪問開封中儀網站：