電磁流量計動態反饋極化控制方法

電磁流量計動態反饋極化控制方法
    本課題提出了動態反饋極化控制方法，即采用對每個電極進行周期性的測量時段與控制時段相交替的工作方式，使每個周期內控制時段的電極電勢總值等于負的測量時段的電極電勢總值，從而有效地消除電極信號中的極化電壓， 把極化電壓控制在某一穩定的值，并可直接從兩個電極電勢信號的差值得出反映流體流速的感應電動勢值。從而使永磁式電磁流量計應用于一般導電性液體流量的測量成為可能，并可充分發揮恒磁式電磁流量計的高動態響應和低功耗的特點。
   本課題設計的動態反饋極化控制方法系統結構原理框圖如圖4．1所示【l舅。在電極1和2上分別連接模擬開關K1和K2，和測控單元1和2一起，用來實現對每個電極進行周期的測量時段和控制時段交替工作方式，并使每個控制時段的電極電勢值等于負的測量時段的電極電勢測量值；采用信號后處理單元將兩個電極信號Sl、S2作為輸入，求得反映流體流速值的感應電動勢。圖4．1所示，在直徑為D的圓形測量管道中的流體有流速V，兩個相距D 的電極l和2，在垂直電極方向上放置兩塊相互平行的永磁體，在流體中產生恒定磁場B；電極1和2的空間連線、恒定磁場B和流速V三者間兩兩相互不平行；永磁體產生的恒定磁場B、流體及其流速v使電極1和2上分別有信號S1和信號S2，信號S1中包含由流體流速V產生的感應電勢El和由電極1表面產生的極化電勢P1，信號S2中包含由流體流速V產生的感應電勢E2和由電極2表面產生的極化電勢P2。圖4．1 動態反饋極化控制方法的系統結構原理框圖
   根據法拉第電磁感應定律，信號S1中的感應電勢E1與信號S2中的感應電勢E2的差值E=E1--E2=K×B×D×V，K是一個可確定的系數。其特征在于兩個測控單元的輸入分別相應的連接兩個電極1和2，輸出連接開關K1和K2 的一端，開關的另一端又連接到對應的電極上。開關K1周期地在TIO時間段和T11時間段分別處于斷開狀態和閉合狀態，使測控單元1以T10時間段和Tll 時間段為周期對電極1上信號S1進行測量和控制，為保證電極1上信號S1的周期電勢和為零，測控單元1使電極1上信號Sl有Tll×SI=--T10X SAI，SAl 是測控單元1在T10時間段對電極1上信號S1的測量值。同理，開關K2周期地在T20時間段和T21時間段分別處于斷開狀態和閉合狀態，使測控單元2以T20時間段和T21時間段為周期對電極2上信號S2 進行測量和控制，為保證電極2上信號S2的周期電勢和為零，測控單元2使電極2上信號S2有T21×S2=--T20XSA2，SA2是測控單元2在T20時間段對電極2上信號S2的測量值。信號Sl和S2放大后的值作為信號后處理單元的輸入，來分析得出流體流速V。
   上面所述的測控單元1和2由放大系數分別為A10和A20的信號放大器、由時序H10和H20操作的具有放大系數All和A21的采樣保持器、加法器、具有放大系數-A12和．A22的反向放大器和時序發生器組成。電極1上信號S1 經放大后輸出M10=A10×S1，M10連接到采樣保持器1的輸入和加法器1的一個輸入，采樣保持器1的輸出M1I=A10XAll×Sl，Mll連接到加法器1的另一個輸入，加法器1的輸出M12=M10+M11，M12連接到反向放大器1的輸入， 反向放大器1的輸出M13=--A12×M12，M13連接到開關K1的一端，開關K1的另一端連接到電極1；時序發生器1以TIO時間段和Tll時間段為周期產生時序H10和時序H11。同理，電極2上信號S2經放大后輸出M20=A20×S2，M20連接到采樣保持器2的輸入和加法器2的一個輸入，采樣保持器2的輸出M21=A20×A21× S2，M21連接到加法器2的另一個輸入，加法器2的輸出M22=M20+M21， M22連接到反向放大器2的輸入，反向放大器2的輸出M23=--A22×M22， M23連接到開關K2的一端，開關K2的另一端連接到電極2；時序發生器2以T20時間段和T21時間段為周期產生時序H20和時序H21。時序H10、Hll和H20、H21的時序波形如圖4．2所示。時序H11，時序1-121 根據圖4-2所示的時序發生器波形，圖中時序H10=H20，時序H1l=H21。以電極l為例，使測控單元1和開關KI進行如下測量與控制的步驟： (a)在T10．時間段，電極1上信號S1有Sl=S1(T10)，時序發生器1產生的時序Hll使開關1的兩端處于斷開狀態，即反向放大器l的輸出M13與電極1斷開：時序發生器1產生的時序H10使采樣保持器l由保持狀態進入采樣狀態后再進入保持狀態，采樣保持器1在采樣狀態有輸出M1I=A10XAll XSl(T10)，采樣保持器1進入保持狀態后輸出Mll=A10XAll×SAl， SAI=S1(T10)是信號S1在T10時間段的值； (b)在T11時間段，時序發生器1產生的時序Hll使開關1的兩端處于閉合狀態，即反向放大器l的輸出與電極1連接，測控單元1對電極l上信號S1 進行反饋式控制，在Tll時間段中使SI=S1(T11)，其中SI(T1 1)：一—A10xA—ll x A12×SI(T10)， 1+A10×A12 再使A10×A12遠大于1和Tll×A11_T10，有S1(T11)=--All×SI(T10)， 保證了電極1上信號S1在一個周期內的電勢總值為零，即滿足Tll× S1(T11)=--T10×Sl(T10)； (c)測控單元1與開關Kl對電極1上信號S1進行上述周期的測量與控制。同理，測控單元2與開關K2對電極2上信號S2進行相同的周期測量與控制方法，使電極2上信號S2在一個周期內的電勢總值為零，即滿足T21× S2(T21)=一T20×$2(T20)。圖4—2中的信號后處理單元將測控單元1中的M10=A10×S1和測控單元2 中的M20=A20×S2作為輸入，信號后處理單元進行如下信號處理步驟： (a)將M10和M20加權相減后得到M0，有： Mo=M10×W1一M20×W2=A0×(S1一s2)，其中，A10×W1=A20×W2 iA0： (b)根據電極1上信號S1和電極2上信號S2中的周期電勢和為零，使信號S1 中的極化電勢P1和信號S2中的極化電勢P2趨于零。即有： M0=A0×(sl--S2)=A0×(El--E2)=A0×KXB×DXV=A0×K0×V， 其中，K0是電磁流量傳感器的一個系數。即可推算出流體流速V： V= MO MO A0×K×B×D A0×K0
   上述動態反饋極化控制方法與現有技術相比，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，并將這種對電極的測量和反饋控制周期性的進行，基本上抑制了電極信號中的極化。從而可直接從兩個電極信號的差值直接推算出流體流速V，使恒磁式電磁流量計應用于一般的導電性流體的測量成為可能。--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：