電磁流量計勵磁技術(shù)淺析

電磁流量計勵磁技術(shù)淺析

    隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電磁流量計的發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)五個時代。同時，電磁流量計的關(guān)鍵技術(shù)——勵磁技術(shù)也經(jīng)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)象可以忽略不計等特點。但是，直流勵磁技術(shù)的問題是直流感應(yīng)電動勢在兩電極表面上形成固定的正負(fù)極性，會引起被測流體介質(zhì)電解，導(dǎo)致電極表面極化現(xiàn)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(xiàn)電極極化電勢漂移，嚴(yán)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(chǎn)生波動的電化學(xué)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(zhì)特性以及流體流動狀態(tài)而變化。此外，直流放大器的零點漂移、噪聲和穩(wěn)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(wěn)定度必須在幾分之一微伏之內(nèi)，這樣就限制了直流勵磁技術(shù)的應(yīng)用范圍。目前直流勵磁技術(shù)僅在原子能工業(yè)中用于導(dǎo)電率*，而又不產(chǎn)生極化效應(yīng)的液態(tài)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(shù)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(xiàn)象，降低電極電化學(xué)電勢的影響和傳感器的內(nèi)阻。另外采用工頻正弦波勵磁技術(shù)，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(shù)的采用會帶來一系列電磁感應(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， 相位比流量信號滯后90度，而且實際中又遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(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的影響，產(chǎn)生供電電源性干擾。此外，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(wěn)定。雖然可以采用相敏整流、嚴(yán)格的電磁屏蔽和線路補償、電源補償、自動正交抑制系統(tǒng)等技術(shù)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(shù)量級，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轉(zhuǎn)化為同相干擾電勢， 導(dǎo)致智能型電磁流量計零點不穩(wěn)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(shù)彌補了直流勵磁技術(shù)和工頻正弦波勵磁技術(shù)的缺點，除此之外，它能避免直流放大器零點漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問題的優(yōu)點，具有較好的抗干擾性能，所以矩形波勵磁技術(shù)在智能電磁流量計中應(yīng)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(shù)采用了工頻頻率的八分之一為周期，采用正、零、負(fù)、零、正的循環(huán)規(guī)律變化的勵磁波形，如圖2．6所示。此項勵磁技術(shù)的特點是能夠通過零值勵磁時進(jìn)行動態(tài)零點校正，進(jìn)一步提高了零點穩(wěn)定性。另外， 通過一個周期內(nèi)的四次采樣值，近似認(rèn)為極化電勢恒定，加上運用微處理器數(shù)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(shù)雖然具有優(yōu)良的零點穩(wěn)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(dǎo)電性流體流量時，固體顆粒擦過電極表面導(dǎo)致電極的接觸電勢變化，電磁流量傳感器輸出信號會出現(xiàn)尖峰狀脈沖；在測量低導(dǎo)電率流體流量時，電極的電化學(xué)電勢定期變動，產(chǎn)生幅值隨頻率成反比的噪聲(即1／噪聲)，導(dǎo)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(wěn)定性，能較準(zhǔn)確地測量液固兩相導(dǎo)電性流體和低電導(dǎo)率流體的流量，進(jìn)一步降低勵磁功耗和實現(xiàn)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(wěn)定性。為了解決零點穩(wěn)定性和響應(yīng)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(wěn)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(shù)量級， 獲得儀表的快速響應(yīng)速度，同時也進(jìn)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(kuò)展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)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(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)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(wǎng)站：