非滿管電磁流量計的實(shí)驗(yàn)研究

非滿管電磁流量計的初步實(shí)驗(yàn)
    本文中提到，測量非滿管流體流量需要兩個參數(shù)，液位值和流速。液位值的測量由差壓傳感器完成。而流速信號的測量是直接反應(yīng)為，對電極之間感應(yīng)電動勢的測量。本章對非滿管電磁流量計的這兩個參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)的初步實(shí)驗(yàn)。
    5．1差壓傳感器
    按照設(shè)計方案，流體的液位值通過差壓傳感器的輸出來獲得。差壓傳感器可以選擇Druck公司的LP8000系列的高靜壓濕一濕微差壓變送器。本文中的實(shí)驗(yàn)采用的流體介質(zhì)均為自來水，因此，選擇傳感器的測量范圍在1KPa內(nèi)即可。該款傳感器采用的是電渦流測量系統(tǒng)，使微位移敏感器膜片能在其彈性極限內(nèi)工作良好，該敏感器可保證器高性能與長期的可靠性，在很寬的范圍內(nèi)也能很好的工作。它可以準(zhǔn)確測量到滿量程1KPa到1MPa的氣體液體的低差壓或者相對壓力， 同時可以選擇標(biāo)準(zhǔn)兩線制電流輸出(4～20mA)。現(xiàn)將該款差壓傳感器的參數(shù)列在表5．1中。表5-1差壓傳感器性能參數(shù)
   5．2流量實(shí)驗(yàn)
   5．2．1流量實(shí)驗(yàn)裝置
    由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文僅對流動介質(zhì)是水進(jìn)行了相關(guān)了實(shí)驗(yàn)。本論文中采用的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5．1所示。實(shí)驗(yàn)裝置由蓄水池、水泵、水穩(wěn)壓罐、標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計、實(shí)驗(yàn)用非滿管電磁流量計和標(biāo)準(zhǔn)計量器組成。實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖5．2所示，在實(shí)驗(yàn)中，使用的標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計是精度為0．5級的電磁流量計。實(shí)驗(yàn)中流體的瞬時流量測量范圍為0～13m3／h。第3章的3．3節(jié)提到的電極信號的處理方法中，應(yīng)用7乘法器提取直流分量的辦法，但是由于實(shí)際電路中，乘法器的輸入會受到工頻干擾等，因此乘法器的輸出結(jié)果受影響較大。初始實(shí)驗(yàn)中采用了乘法器的輸入端信號，即高通濾渡的輸出信號，對該信號進(jìn)行采集，可以提高信噪比，數(shù)據(jù)使用Tektronix TDS 3032B 雙通道數(shù)字示波器采樣保存． 術(shù)穩(wěn)睡撩目5l宴驗(yàn)裝置圖囤5．2實(shí)驗(yàn)裝置示意囤
    實(shí)驗(yàn)用的非滿管電磁流量計的實(shí)物圖如圖5．3所示．從該圖中可以看到實(shí)驗(yàn)用的非滿管電磁流量計的傳感器和轉(zhuǎn)換器兩個部分咀及前后直管段的管道裝置圖．實(shí)際的實(shí)驗(yàn)裝置中管道的營徑是$0nun，但是由于實(shí)際加工條件的限制， 要在非滿管電磁流量計的傳感器中要放置3對測量電極，管徑至少要做到100mm．因此，就在宴際實(shí)驗(yàn)的管道連接中，設(shè)計了50mm到100nun的轉(zhuǎn)換連接管段，該轉(zhuǎn)換連接管段的裝置圖如圖5A所示。囤5．3非滿管電磁漉量計實(shí)糟目
   5．2．2信號的FFT濾波
    由于在實(shí)驗(yàn)過程中硬件電路在任何一個環(huán)節(jié)都可能加入工頻干擾，因此有用信號中會淹沒在工頻干擾信號中，使用FFT濾波1451可以干凈地將干擾信號去除。下面首先給出采用示波器采集到的部分原始信號圖。圖5．5給出了在第2章的2．2節(jié)中提到的，反饋電阻兩端的電壓值昧信號圖， 該信號的頻率與勵磁電流的頻率相同，間接地反映出了勵磁信號。“ 時域信號圖5．5反饋電阻上的娠信號圖下文將給出，在頻率為5Hz的勵磁電流時，小流量和大流量下信號比較圖。圖5．6是在勵磁信號相同時，當(dāng)瞬時流量為0m3／h和12m3／h，采集兩個不同流量下的電壓信號對比圖。很明顯的可以看出，隨著流量從小到大，電壓值也由小到大變化。且兩個流量下的信號頻率均與勵磁信號頻率相同，但是發(fā)現(xiàn)存在著很多干擾信號。下文中，將利用FFT濾波可以解決除了有用信號之外的干擾信號問題。流量為0m31h下的時域信號o o 2 o 4 o 6 08時靚1 2 1 4 1 6 1 8 2 流量為1297m3th下的時域信號o o 2 o 4 o 6 o 8州‰1 2 1 4 1 5 1 8 2 圈5．6相同勵磁電流，不同瞬時漉量下的電壓信號對比田實(shí)驗(yàn)用的勵磁信號的頻率為5Hz，電極測得的感應(yīng)電動勢信號頻率應(yīng)該也是5Hz，F(xiàn)FT的保留信號的頻率范圍選取的范固是1～10Hz。下面將給出非滿管電磁流量計在滿管情況下，對電極在瞬時流量為11 05m3／h時的FFT濾波前后的信號。下圖5 7所示的為FFT濾波前的信號和原始振幅譜，田5．8所示的是FFT濾波之后，經(jīng)過[FFT的時域信號圉和振幅譜。從圖510中可以看出信號在進(jìn)行FFT濾波前，夾雜著很多的干擾信號，經(jīng)分析，干擾信號的主要成分是工頻干擾，從該副圖中的不同頻率信號的振幅譜， 也可以看出，在50Hz的地方有振幅，也說明7干擾信號主要是王頻干擾。盡管在示波器采樣的前一級已經(jīng)經(jīng)過了硬件的低通濾波． 從圖5．11的FFT濾波之后退回到時域中的信號可以看出，干擾信號已經(jīng)全部被濾掉，并且波形沒有出現(xiàn)較大的失真，保留了有用信號．同時，觀察圉5 10 和圖s IlFFT濾波前后的振幅諾，可以得到結(jié)論是，濾最前后有用信號的振幅并沒有改變，很穩(wěn)定，兩者是相同的。因此，也驗(yàn)證了流速實(shí)驗(yàn)中使用FFT濾波后的有用信號的振幅作為實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)是可行并可靠的。原始時域信號時間，s 原始振幅譜頻率／Hz 圖5．7 FFT濾波前的原始信號和振幅譜濾波后的時域信號時間，s 頻率／I-Iz 圖5．8 FFT濾波后的時域信號和振幅譜
    5．2．3三對電極的滿管實(shí)驗(yàn)
    下面將給出每對電極的三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖5．9至圖5．14中的1st表示為次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，2nd為表示第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，3rd表示為第三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果。每一次￡覃lH腳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果由三次連續(xù)采樣的平均值求得，第二次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后5分鐘進(jìn)行采集，第三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后5分鐘進(jìn)行采集。圖5．9，5．10和5．11分別是對電極，第二對電極和第三對電極的三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，表征了瞬時流量與FFT濾波后的有用信號的振幅(圖中的縱坐標(biāo)電壓值)之間的關(guān)系。圖5．9對電極瞬時流量值與電壓值實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系圖圖5．10第二對電極瞬時流量值與電壓值實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系圖圖5．11第三對電極瞬時流量值與電壓值實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系圖從圖5．9至圖5．11中，可以看出每一次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性良好，但是低流量下的電壓值影響了整個流量范圍下瞬時流量值與電壓值之間的線性度。影響這一結(jié)果主要是由于，流量實(shí)驗(yàn)室中的管徑為50mm，流量范圍為O～13m3／h，但是本文中設(shè)計的非滿管電磁流量計的測量管管徑為lOOmm，測量管管徑擴(kuò)大了一倍，相當(dāng)于在同一時刻，管徑lOOmm中流體的流速為管徑50mm中流體流速的1／4。因此，低流量情況下帶來的低流速難以測量準(zhǔn)確，誤差較大，該問題導(dǎo)致了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性度不好。鑒于低流量情況下造成的誤差，下圖5．12至5．14中，去除了低流量下的幾個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行線性擬合，線性擬合的結(jié)果如表5．2所示。圖5．12對電*流量下流量與電壓值的擬合結(jié)果圖5．13第二對電*流量下流量與電壓值的擬合結(jié)果圖5．14第三對電*流量下流量與電壓值的擬合結(jié)果通過觀察圖5．12至5．14以及表5．2，從中可以看出，去除了低流量下的幾個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行線性擬合，線性度較好，比較每對電極的3次實(shí)驗(yàn)，還可以發(fā)現(xiàn)，第二次實(shí)驗(yàn)與第三次實(shí)驗(yàn)的線性擬合結(jié)果較之次實(shí)驗(yàn)的線性擬合結(jié)果， 重復(fù)性更好，這主要是由于次實(shí)驗(yàn)在每一個不同流量下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，瞬時流量的穩(wěn)定性不好，影響了流速的分布，而后面兩次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集均是經(jīng)過了5分鐘和10分鐘的間隔，這個時候的流體穩(wěn)定性較好，因此，這兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性也較好。
    5．2．4三對電極的非滿管實(shí)驗(yàn)
    本文在不同液位值和流量下，用該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了初步的非滿管實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。表5．3三對電極非滿管實(shí)驗(yàn)結(jié)果液位(mm) 測量的瞬時流量值(m3／}1) 標(biāo)準(zhǔn)表瞬時流量(m3／11) 誤差42．7 2．15 2．1 2．59％ 55．7 2．0l 2．57 ．21．63％ 60．6 3．42 3．1 10．63％ 69．3 2．5 2．98 —15．94％ 72．9 4．11 3．45 19．18％ 75．5 3．32 3．33 ．0．28％ 79．9 3．52 3．72 ．5．74％ 84．9 3．93 4．1 -4．25％ 90．7 4．74 4．52 4．81％ 96．3 4．76 4．94 ．3．6l％ 99．7 5．28 5．35 ．1．14％ 從上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，可以看出，在流量和液位值相對都比較小的情況下， 測量誤差較大，隨著液位值和流量的變大，測量誤差值明顯減小。從標(biāo)準(zhǔn)表的流量值，可以看出，該非滿管實(shí)驗(yàn)是在小流量下完成的。在現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)條件下，加大流量到和滿管實(shí)驗(yàn)中測量的流量一樣大時，非滿管條件很難成立，因此，實(shí)驗(yàn)不得不在小流量情況下完成。前面已經(jīng)提到了在小流量的情況下，流體的流速較小，且流體在非滿管的情況下，流速分布不會*對稱，和理想情況下滿管的流速對稱分布不一致，這樣會導(dǎo)致測量的不準(zhǔn)確。而隨著流量的加大(即，流速的提高)和液位值變大，流體狀態(tài)越來越接近與滿管，測量效果也相對變得較好。
    5．3本章小結(jié)
     本章進(jìn)行了非滿管智能電磁流量計的初步實(shí)驗(yàn)，包括液位標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、滿管狀態(tài)和非滿管狀態(tài)下的多電極對的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果和分析。實(shí)際測得的液位值擬合的直線與理論相比，線性度較好，符合理論結(jié)果。流體為滿管狀態(tài)下，對多對電極的實(shí)驗(yàn)表明，每對電極的線性度擬合度和重復(fù)性均較好；而流體在非滿管狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)表明，小流量和液位值較小時，實(shí)際對非滿管流動狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大， 在流量值和液位值較大的情況下，實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與理論值的誤差相對較小，初步證明了該非滿管電磁流量計的有效性。--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：