非滿管電磁流量計的實驗研究

非滿管電磁流量計的初步實驗
    本文中提到，測量非滿管流體流量需要兩個參數，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為，對電極之間感應電動勢的測量。本章對非滿管電磁流量計的這兩個參數進行了相關的初步實驗。
    5．1差壓傳感器
    按照設計方案，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。本文中的實驗采用的流體介質均為自來水，因此，選擇傳感器的測量范圍在1KPa內即可。該款傳感器采用的是電渦流測量系統，使微位移敏感器膜片能在其彈性極限內工作良好，該敏感器可保證器高性能與長期的可靠性，在很寬的范圍內也能很好的工作。它可以準確測量到滿量程1KPa到1MPa的氣體液體的低差壓或者相對壓力， 同時可以選擇標準兩線制電流輸出(4～20mA)。現將該款差壓傳感器的參數列在表5．1中。表5-1差壓傳感器性能參數
   5．2流量實驗
   5．2．1流量實驗裝置
    由于實驗條件的限制，本文僅對流動介質是水進行了相關了實驗。本論文中采用的實驗裝置如圖5．1所示。實驗裝置由蓄水池、水泵、水穩壓罐、標準電磁流量計、實驗用非滿管電磁流量計和標準計量器組成。實驗裝置的示意圖如圖5．2所示，在實驗中，使用的標準電磁流量計是精度為0．5級的電磁流量計。實驗中流體的瞬時流量測量范圍為0～13m3／h。第3章的3．3節提到的電極信號的處理方法中，應用7乘法器提取直流分量的辦法，但是由于實際電路中，乘法器的輸入會受到工頻干擾等，因此乘法器的輸出結果受影響較大。初始實驗中采用了乘法器的輸入端信號，即高通濾渡的輸出信號，對該信號進行采集，可以提高信噪比，數據使用Tektronix TDS 3032B 雙通道數字示波器采樣保存． 術穩睡撩目5l宴驗裝置圖囤5．2實驗裝置示意囤
    實驗用的非滿管電磁流量計的實物圖如圖5．3所示．從該圖中可以看到實驗用的非滿管電磁流量計的傳感器和轉換器兩個部分咀及前后直管段的管道裝置圖．實際的實驗裝置中管道的營徑是$0nun，但是由于實際加工條件的限制， 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，就在宴際實驗的管道連接中，設計了50mm到100nun的轉換連接管段，該轉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糟目
   5．2．2信號的FFT濾波
    由于在實驗過程中硬件電路在任何一個環節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，但是發現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驗用的勵磁信號的頻率為5Hz，電極測得的感應電動勢信號頻率應該也是5Hz，FFT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，經過[FFT的時域信號圉和振幅譜。從圖510中可以看出信號在進行FFT濾波前，夾雜著很多的干擾信號，經分析，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經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，干擾信號已經全部被濾掉，并且波形沒有出現較大的失真，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，可以得到結論是，濾最前后有用信號的振幅并沒有改變，很穩定，兩者是相同的。因此，也驗證了流速實驗中使用FFT濾波后的有用信號的振幅作為實驗分析數據是可行并可靠的。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驗
    下面將給出每對電極的三次實驗結果，圖5．9至圖5．14中的1st表示為次實驗結果，2nd為表示第二次實驗結果，3rd表示為第三次實驗結果。每一次￡覃lH腳的實驗結果由三次連續采樣的平均值求得，第二次實驗數據在次實驗結束后5分鐘進行采集，第三次實驗數據在第二次實驗結束后5分鐘進行采集。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驗結果圖，表征了瞬時流量與FFT濾波后的有用信號的振幅(圖中的縱坐標電壓值)之間的關系。圖5．9對電極瞬時流量值與電壓值實驗結果關系圖圖5．10第二對電極瞬時流量值與電壓值實驗結果關系圖圖5．11第三對電極瞬時流量值與電壓值實驗結果關系圖從圖5．9至圖5．11中，可以看出每一次的實驗數據重復性良好，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。影響這一結果主要是由于，流量實驗室中的管徑為50mm，流量范圍為O～13m3／h，但是本文中設計的非滿管電磁流量計的測量管管徑為lOOmm，測量管管徑擴大了一倍，相當于在同一時刻，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確，誤差較大，該問題導致了上述實驗結果圖中數據點的線性度不好。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驗數據，再進行線性擬合，線性擬合的結果如表5．2所示。圖5．12對電*流量下流量與電壓值的擬合結果圖5．13第二對電*流量下流量與電壓值的擬合結果圖5．14第三對電*流量下流量與電壓值的擬合結果通過觀察圖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驗數據，再進行線性擬合，線性度較好，比較每對電極的3次實驗，還可以發現，第二次實驗與第三次實驗的線性擬合結果較之次實驗的線性擬合結果， 重復性更好，這主要是由于次實驗在每一個不同流量下進行數據采集時，瞬時流量的穩定性不好，影響了流速的分布，而后面兩次實驗的數據采集均是經過了5分鐘和10分鐘的間隔，這個時候的流體穩定性較好，因此，這兩次實驗結果的重復性也較好。
    5．2．4三對電極的非滿管實驗
    本文在不同液位值和流量下，用該實驗裝置進行了初步的非滿管實驗。實驗結果如下表所示。表5．3三對電極非滿管實驗結果液位(mm) 測量的瞬時流量值(m3／}1) 標準表瞬時流量(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％ 從上述的實驗結果中，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。從標準表的流量值，可以看出，該非滿管實驗是在小流量下完成的。在現在的實驗條件下，加大流量到和滿管實驗中測量的流量一樣大時，非滿管條件很難成立，因此，實驗不得不在小流量情況下完成。前面已經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，這樣會導致測量的不準確。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
     本章進行了非滿管智能電磁流量計的初步實驗，包括液位標定實驗、滿管狀態和非滿管狀態下的多電極對的實驗測量結果和分析。實際測得的液位值擬合的直線與理論相比，線性度較好，符合理論結果。流體為滿管狀態下，對多對電極的實驗表明，每對電極的線性度擬合度和重復性均較好；而流體在非滿管狀態下的實驗表明，小流量和液位值較小時，實際對非滿管流動狀態下的實驗結果誤差較大， 在流量值和液位值較大的情況下，實驗測量結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：