電磁流量計(jì)各種勵(lì)磁技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)

電磁流量計(jì)各種勵(lì)磁技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)
   電磁流量計(jì)的勵(lì)磁技術(shù)決定了電磁流量傳感器工作磁場(chǎng)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(lì)磁電流波形與磁通波形基本一致，所以電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)決定了電磁流量計(jì)信號(hào)處理技術(shù)，下面就幾種勵(lì)磁技術(shù)的工作原理及特點(diǎn)做一下分析比較。
  一、直流勵(lì)磁
   直流勵(lì)磁技術(shù)是利用直流電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電或者永磁體以形成恒定的勵(lì)磁磁場(chǎng)，它的勵(lì)磁波形如圖2．2所示。圖2．2直流勵(lì)磁這種直流勵(lì)磁技術(shù)具有勵(lì)磁方法簡(jiǎn)單、可靠，受工頻交流電磁場(chǎng)干擾影響很小，流體中的自感現(xiàn)象可忽略不計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。然而，直流勵(lì)磁技術(shù)存在的問(wèn)題是直流感應(yīng)電勢(shì)在兩電極表面形成固定的正負(fù)極性，從而引起被測(cè)流體介質(zhì)電解，導(dǎo)致電極表面出現(xiàn)極化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的存在將使由流量信號(hào)感應(yīng)的電勢(shì)減弱，電極間等效電阻增大，同時(shí)出現(xiàn)電極極化和電勢(shì)漂移，以至嚴(yán)重影響信號(hào)轉(zhuǎn)換放大部分的工作。其次，直流勵(lì)磁在電極間所產(chǎn)生的不均衡的電化學(xué)干擾電勢(shì)疊加在直流流量信號(hào)中，不僅無(wú)法消除，而且還隨著時(shí)間、流體介質(zhì)特性以及流體流動(dòng)狀態(tài)等變化而變化。再次，直流放大器的零點(diǎn)漂移、噪聲和穩(wěn)定性等問(wèn)題難以獲得很好解決。基于以上原因，目前直流勵(lì)磁技術(shù)僅局限在原子能工業(yè)中，應(yīng)用于導(dǎo)電率*、流體內(nèi)阻特小且?guī)缀醪划a(chǎn)生極化效應(yīng)的液態(tài)金屬(例如汞等)流量測(cè)量中，且測(cè)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(lì)磁對(duì)一般流體的測(cè)量困難，極化電壓大，目前僅僅適用于測(cè)量非電解質(zhì)液體(如液態(tài)金屬等)的流量測(cè)量。
   二、工頻正弦波勵(lì)磁
   工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電，使之形成正弦波勵(lì)磁磁場(chǎng)，其勵(lì)磁波形如圖2．3所示。其主要特點(diǎn)是能夠基本消除電極表面的極化現(xiàn)象，降低電極電化學(xué)電勢(shì)影響和傳感器內(nèi)阻。另外，采用工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)，其傳感器輸出流量信號(hào)仍然是工頻正弦波信號(hào)，易于信號(hào)放大處理，而且能夠避免直流放大器存在的實(shí)際困難，勵(lì)磁電源簡(jiǎn)單、方便。圖2．3工頻正弦波勵(lì)磁
    但是，工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)的采用會(huì)帶來(lái)一系列電磁感應(yīng)干擾和噪聲。首先，電磁感應(yīng)產(chǎn)生的正交干擾(又稱為變壓器效應(yīng))，其干擾幅值與頻率成正比， 相位比流量信號(hào)滯后90度，而且實(shí)際中一般又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流量信號(hào)，因此如何克服正交干擾電勢(shì)的影響是正弦波勵(lì)磁技術(shù)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(dòng)的影響，產(chǎn)生供電電源性干擾。第三，存在電磁感應(yīng)的渦流效應(yīng)、靜電感應(yīng)的分布電容、雜散電流產(chǎn)生同相干擾，且此干擾電勢(shì)的頻率和工頻*一致，并疊加在流量信號(hào)之中難以消除，以致電磁流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定。雖然采用相敏整流、嚴(yán)格的電磁屏蔽和線路補(bǔ)償、電源補(bǔ)償、自動(dòng)正交抑制系統(tǒng)等技術(shù)措施以消除與流量信號(hào)頻率一致的工頻干擾電壓，但由于正交電勢(shì)的幅值比流量信號(hào)電勢(shì)幅值大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，正交抑制系統(tǒng)等抗干擾技術(shù)措施的任何不完善，都可能引起一部分正交電勢(shì)轉(zhuǎn)化為同相干擾電勢(shì)， 導(dǎo)致電磁流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定，精度難以提高。
  三、低頻矩形波勵(lì)磁
  低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)是一種介于直流勵(lì)磁和工頻交流勵(lì)磁之間的勵(lì)磁技術(shù)，其勵(lì)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(lì)磁低頻矩形波勵(lì)磁矩形波勵(lì)磁技術(shù)既具有直流勵(lì)磁技術(shù)不產(chǎn)生渦流效應(yīng)、變壓器效應(yīng)(正交干擾)和同相干擾等優(yōu)點(diǎn)，又具有工頻正弦波勵(lì)磁基本不產(chǎn)生極化效應(yīng)，便于信號(hào)放大處理，并能避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的抗干擾性能。正是基于以上優(yōu)點(diǎn)，低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)得以在電磁流量計(jì)中獲得廣泛應(yīng)用。但是，由于勵(lì)磁線圈并非理想電阻， 勵(lì)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(cè)量漿液等液固兩相導(dǎo)電性流體時(shí)電極表面還會(huì)產(chǎn)生尖峰電勢(shì)干擾。這些缺點(diǎn)限制了該勵(lì)磁技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
   四、三值低頻矩形波勵(lì)磁
   三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)【19】采用工頻頻率的八分之一為周期，采用正．零． 負(fù)．零．正的規(guī)律變化的激磁波形，其勵(lì)磁波形如圖2．5所示。圖2．5三值低頻矩形波勵(lì)磁
   三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)的特點(diǎn)是能夠通過(guò)零值勵(lì)磁時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)零點(diǎn)校正，進(jìn)一步提高了零點(diǎn)穩(wěn)定性。當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生變化時(shí)，電磁感應(yīng)出現(xiàn)的微分干擾同樣利用勵(lì)磁電流穩(wěn)定時(shí)段采樣加以消除，此時(shí)微分干擾按照指數(shù)規(guī)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(hào)電壓中的工頻干擾電壓。第三，通過(guò)一個(gè)周期內(nèi)的四次采樣值，近似認(rèn)為極化電勢(shì)恒定，利用微處理器的邏輯判斷功能和數(shù)值運(yùn)算功能消除極化電勢(shì)的影響。因此，三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)能夠進(jìn)一步提高零點(diǎn)的穩(wěn)定性，抗工頻力增強(qiáng)，測(cè)量精度進(jìn)一步提高。同時(shí)，傳感器單位流速的流量信號(hào)電壓比工頻勵(lì)磁時(shí)減少了很多，降低了勵(lì)磁功耗，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了電磁流量計(jì)小型輕量一體化。另一方面微處理器技術(shù)的引入，增強(qiáng)電磁流量計(jì)功能，開(kāi)辟了電磁流量計(jì)智能化的時(shí)代。正是基于以上的優(yōu)點(diǎn)，三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)成為當(dāng)代電磁流量計(jì)中應(yīng)用廣泛的一種勵(lì)磁技術(shù)。
   五、雙頻矩形波勵(lì)磁
   雙頻勵(lì)磁方式是日本橫河電機(jī)公司研究開(kāi)發(fā)的一種高、低頻矩形波調(diào)制波的勵(lì)磁方式，其勵(lì)磁波形如圖2-6所示。圖2．6雙頻矩形波勵(lì)磁雙頻矩形波勵(lì)磁的主要目的是使電磁流量計(jì)對(duì)流量的變化響應(yīng)快、零點(diǎn)穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)流動(dòng)噪聲影響不敏感。其基本原理是綜合利用低頻勵(lì)磁來(lái)提高零點(diǎn)穩(wěn)定性和高頻勵(lì)磁的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)，使兩者性能互補(bǔ)。因此，雙頻勵(lì)磁的電磁流量計(jì)既有零點(diǎn)穩(wěn)定性和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，又具有響應(yīng)速度快和抗力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，是低頻和高頻矩形波勵(lì)磁的結(jié)合。
    綜合上面對(duì)各種勵(lì)磁方式的分析，不難發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是哪種勵(lì)磁方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。低頻勵(lì)磁可以降低微分干擾和同相干擾，而且零點(diǎn)的穩(wěn)定性高； 高頻勵(lì)磁可以減小極化現(xiàn)象，漿液噪聲降低，而且響應(yīng)速度快。此外，良好的接地與靜電屏蔽，遠(yuǎn)離干擾源可以降低共模干擾和串模干擾。勵(lì)磁方式的選擇應(yīng)該根據(jù)流體介質(zhì)的差異以及對(duì)測(cè)量要求的不同等因素綜合考慮選擇出合適的勵(lì)磁方式。擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、V錐流量計(jì)、V型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)，更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：