電磁流量計勵磁系統分析

電磁流量計勵磁系統分析
   在電磁流量計中，傳感器的工作磁場是由勵磁系統產生的。勵磁方式決定了電磁流量計的抗力大小和零點穩定性的好壞。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11·9,10t17，19t21，22，26，27，68，．21。
   (1)直流勵磁
      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，這種流量計感應的流量信號是直流電壓信號，如圖2．1 所示。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，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，電極間等效電阻增大，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，直流勵磁在電極間產生不均衡的電化學干擾電勢，疊加在直流流量信號中無法消除，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。第三，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
   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。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。門∥ 。V V云圖2．2工頻正弦波勵磁示意圖
   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。，而且實際中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。第三，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星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，導致電磁流量計零點不穩定，精度難以提高。
   (3)低頻矩形波勵磁(-)舉援性艋璇矩形渡伯’裂投往低城矩形竣圖2．3低頻矩形波勵磁示意圖矩形波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，便于信號放大處理，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。
   (4)低頻三值矩形波勵磁
   圖2．4低頻三值矩形波勵磁示惹圖低頻三值矩形波勵磁技術采用工頻頻率的八分之一為周期，采用正一零一負一零一正的規律變化的勵磁波形，如圖2．4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，利用微處理器數值運算得以消除極化電勢的影響。(5)雙頻矩形波勵磁圖2．5雙頻矩形波勵磁示意圖
   低頻三值矩形波勵磁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突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現尖峰狀脈沖；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l／f噪聲)，導致低頻矩形波勵磁電磁流量計輸出搖擺，前者稱為泥漿干擾，后者稱為流動噪聲。提高勵磁頻率有助于降低泥漿干擾和流動噪聲，提高傳感器輸出信號的信噪比。
   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，我們設計了對智能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，我們選擇低頻三值矩形波勵磁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：