電磁流量計的常用勵磁技術

電磁流量計的常用勵磁技術
    因為電磁流量計的勵磁技術決定了電磁流量傳感器工作磁場的特征，所以勵磁技術*與否直接影響到電磁流量計的檢測精度。到目前為止，勵磁技術主要有如下幾種∞o"舢9,2‘魏趣鞏礬刪：
   一、直流勵磁技術
   直流勵磁技術是利用永磁體或通過直流電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電，來形成恒定的勵磁磁場，其勵磁波形如圖2-1所示。該技術具有方法簡單可靠、受工頻干擾影響小、流體中自感現象可忽略不計等特點。L D ■-蹦宿II’ 圖2-1直流勵磁目前，直流勵磁技術存在的問題是直流感應電勢在兩電極表面形成固定的正負極性，從而引起被測流體介質電解，導致電極表面出現極化現象。這種現象的存在將使由流量信號感生的電勢減弱，電極間等效電阻增大，同時出現電極極化和電勢漂移，以至嚴重影響信號轉換放大部分的工作．其次，直流勵磁在電極間所產生的不均衡的電化學干擾電勢疊加在直流流量信號中，不僅無法消除， 而且還隨著時間、流體介質特性以及流體流動狀態等變化而變化。再次，直流放大器的零點漂移、噪聲和穩定性等問題難以獲得很好解決。基于以上原因，直流勵磁技術目前僅應用于導電率*而又不產生極化效應的液態金屬流量測量中。
   二、工頻正弦波勵磁技術
    工頻正弦波勵磁技術是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵磁繞組供電，使之形成正弦波勵磁磁場，其勵磁波形如圖2．2所示。其主要特點是能夠基本消除電極表面極化現象，降低電極電化學電勢影響和傳感器內阻。另外，輸出流量信號仍然是工頻正弦波信號，易于信號放大處理。盡管如此，工頻正弦波勵磁技術并非，其在實際應用中會帶來一系列電磁感應干擾和噪聲。首先，電磁感應產生正交干擾(又稱為變壓器干擾電勢)。該干擾的幅值與頻率成正比，相位比流量信號相位滯后900，且一般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該技術應用的主要難題。其次，由電源電壓幅值和頻率波動所產生的電源性干擾。再次，存在電磁感應渦流效應、靜電感應分布電容、雜散電流之間產生的同相干擾。這些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，以致于智能型電磁流量計零點不穩定。因此，實際應用中必須采用相敏整流、線路補償、自動正交抑制等措施，以消除與流量信號頻率一致的工頻干擾電壓。B-B·嘲Iu‘ 八／＼／＼.t— V V V 一圖2—2工頻正弦波勵磁
   三、低頻矩形波勵磁技術
    1955年，A．B．Denison、M．ESpencer和H．D．Green首先提出采用低頻矩形波勵磁的思想，并試制成功30Hz低頻矩形渡勵磁電磁血液流量計，但由于當時信號放大技術水平較低，信號處理困難而未能在工業應用上實施。隨著電子技術的發展和新型電子器件的不斷出現，1970年德國Krohne公司和荷蘭Altometer公司的Dr． ICBonfig和EHofman首先研制成果單極性低頻矩形波勵磁電磁流量計并投人工業應用。70年代中期，工業發達國家紛紛研制成功雙極性低頻矩形波勵磁電磁流量計并取代工頻正弦波勵磁電磁流量計，從而開始了低頻矩形波勵磁電磁流量計的工業應用時代。]r]廠]r．， 婚● ]廣]r]r。U U U未Ca)摹覆{生低頻戇彤波(b)敢極性低頻矩形渡圖2-3低頻矩形波勵磁示意圖電磁流量計的長期工業應用表明，工頻正弦波勵磁技術雖然采用多種抗干擾技術措施，但仍然很難排除與流量信號相一致的工頻干擾。于是為了*解決電磁流量計工頻干擾問題，提高流量測量精度，介于直流勵磁和工頻交流勵磁之間的低頻矩形波勵磁技術被提出。此項勵磁技術既具有直流勵磁技術不產生渦流效應、變壓器效應(正交干擾)和同相干擾等優點，又具有工頻正弦波勵磁基本不產生極化效應，便于放大信號處理，而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，得以在電磁流量計中廣泛應用。
    四、三值低頻矩形波勵磁技術
    三值低頻矩形波勵磁技術采用工頻頻率八分之一為周期，使勵磁電流按照正一零一負一零一正的規律變化，其勵磁波形如圖2-4所示。此項勵磁技術特點是能夠在零態時自動校正零點，具有零點穩定的特性。此外，該技術還可利用微處理器的邏輯判斷功能和運算功能解決尖峰干擾電勢的影響。三值低頻矩形波勵磁技術雖然具有良好的零點穩定性，但同樣存在勵磁電流積分干擾的影響，且在測量泥漿、紙漿等含纖維或固體顆粒流體及低導電率流體流量時表現出明顯不足。固體顆粒擦過電極表面時產生的低頻尖峰噪聲和流體流動噪聲，往往導致電磁流量計的輸出擺動，甚至影響儀表的正常工作。I口] 廠] 廠] 一U U 7 圖2-4三值低頻矩形波勵磁
    五、雙頻矩形波勵磁技術
    研究分析表明：干擾噪聲具有1／f的頻譜特征，低頻時幅值大，高頻時幅值小．在測量低導電率液體流量時，電極電化學電勢的定期變化將產生隨著流量增加而頻率增加的隨機噪聲，即流體流動噪聲。這種噪聲同樣具有和尖峰噪聲相類似的1／f頻譜特性，因此可通過提高勵磁頻率的方法降低尖峰噪聲和流體流動噪聲對流量檢測的影響。為了解決測量泥漿、紙漿、礦漿等液固兩相導電性流體時出現的尖峰噪聲干擾，日本橫河北辰電機株式會社精心總結各種勵磁技術的特點， 于1988年提出雙頻矩形波勵磁技術，其勵磁波形如圖2．8所示。雙頻矩形波勵磁技術雖然可以解決尖峰噪聲干擾，但使轉換器結構變得復雜，成本增加，同時增加了傳感器功耗，不利于節能。I- ]幾門幾門門幾n — U U U U 7 圖2—5 雙頻矩形波勵磁由上面分析可知，傳統正弦波勵磁的難題是無法*解決工頻干擾問題， 同時其正交干擾與勵磁頻率成正比，經常會淹沒流量信號：低頻方波勵磁很大程度解決了工頻干擾和正交干擾，但又存在微分干擾的問題，同時仍然存在渦電流的影響；在低頻勵磁方式上改進的三值低頻矩形波勵磁改善了微分干擾狀況，但不能解決其它一些干擾問題。基于上述情況，充分考慮到各個勵磁方式的優缺點，利用單片機對勵磁方式可調的原理，我們設計了對電磁流量計勵磁方式可選的方案， 根據不同的測量介質，可以選擇不同的勵磁方式，可能的減少各種干擾對系統的影響，在這里，我們選擇三值低頻矩形波作為本項目的默認勵磁方式，并對此勵磁方式進行了單片機編程。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、插入渦街流量計、智能渦街流量計，更多信息請訪問開封中儀網站：