電磁流量計勵磁技術淺析

電磁流量計勵磁技術淺析

    隨著電子技術的發展，電磁流量計的發展經歷了電子管、晶體管、集成電路、大規模集成電路和微處理器技術五個時代。同時，電磁流量計的關鍵技術——勵磁技術也經歷了直流勵磁、工頻正弦波勵磁、低頻矩形波勵磁、低頻三值矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁五個階段。現在分別做個介紹。

  (1)直流勵磁圖2．3直流勵磁示意圖t(S) 如圖2．3所示。直流勵磁技術是利用永磁體或者直流電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電，以形成恒定的勵磁磁場，具有方法簡單可靠、受工頻干擾影響小以及流體中的自感現象可以忽略不計等特點。但是，直流勵磁技術的問題是直流感應電動勢在兩電極表面上形成固定的正負極性，會引起被測流體介質電解，導致電極表面極化現象，使感生的流量信號電勢減弱，電極問等效電阻增大，同時出現電極極化電勢漂移，嚴重影響信號處理部分的工作。即使電極采用極化電勢很小的鉑、金等貴金屬及其合金材料，常常也存在微弱的極化電勢，同時儀表的制造成本較高。另外，直流勵磁在電極間還會產生波動的電化學干擾電勢，此電動勢信號疊加在直流流量信號中很難消除，并隨著時間的變化、流體介質特性以及流體流動狀態而變化。此外，直流放大器的零點漂移、噪聲和穩定性問題難以獲得很好的解決。特別是在小流量測量時，信號放大器的直流穩定度必須在幾分之一微伏之內，這樣就限制了直流勵磁技術的應用范圍。目前直流勵磁技術僅在原子能工業中用于導電率*，而又不產生極化效應的液態金屬流量測量中。

   (2)工頻正弦波勵磁： 

   圖2．4工頻正弦波勵磁示意圖工頻正弦波勵磁技術是利用工頻50Hz的正弦波電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電。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的影響和傳感器的內阻。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。如圖2．4所示。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。此外，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。雖然可以采用相敏整流、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， 導致智能型電磁流量計零點不穩定，精度難以提高。

    (3)低頻矩形波勵磁

   圖2．5低頻矩形波勵磁示意圖矩形波勵磁技術彌補了直流勵磁技術和工頻正弦波勵磁技術的缺點，除此之外，它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，所以矩形波勵磁技術在智能電磁流量計中應用的比較廣泛。如圖2．5 所示。

   (4)低頻三值矩形波勵磁

  圖2．6低頻三值矩形波勵磁示意圖低頻三值矩形波勵磁技術采用了工頻頻率的八分之一為周期，采用正、零、負、零、正的循環規律變化的勵磁波形，如圖2．6所示。此項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。另外， 通過一個周期內的四次采樣值，近似認為極化電勢恒定，加上運用微處理器數值運算就可以消除極化電勢的影響。

   (5)雙頻矩形波勵磁

   圖2．7雙頻矩形波勵磁示意圖低頻三值矩形波勵磁技術雖然具有優良的零點穩定性，但在測量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導電性流體流量時，固體顆粒擦過電極表面導致電極的接觸電勢變化，電磁流量傳感器輸出信號會出現尖峰狀脈沖；在測量低導電率流體流量時，電極的電化學電勢定期變動，產生幅值隨頻率成反比的噪聲(即1／噪聲)，導致低頻矩形波勵磁電磁流量計輸出搖擺，兩者分別稱為泥漿干擾和流動噪聲。

    綜合上述分析，要保證電磁流量計的零點穩定性，能較準確地測量液固兩相導電性流體和低電導率流體的流量，進一步降低勵磁功耗和實現傳感器小型輕量一體化，采用較高頻率的矩形波勵磁，犧牲電磁流量計的零點穩定性。為了解決零點穩定性和響應速度、抗力這一突出矛盾，方案是采用雙頻矩形波勵磁的方法，如圖2．7所示，這樣電磁流量計既具有低頻矩形波勵磁的零點穩定性較好，又具有高頻矩形波勵磁降低泥漿干擾和流動噪聲的數量級， 獲得儀表的快速響應速度，同時也進一步降低勵磁功耗，提高電磁流量傳感器輸出信號的信噪比。--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，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：