電磁流量計根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律原理制成,測量導(dǎo)電流體的體積流量,由于其獨特優(yōu)點,廣 泛應(yīng)用于腐蝕性介質(zhì)、易燃易爆介質(zhì)以及污水處理、化工、醫(yī)藥工業(yè)中各種漿液流量測量。在結(jié)構(gòu)上, 電磁流量計由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成:傳感器安裝在工業(yè)過程管道上,將液體體積流量變換成感應(yīng) 電勢信號,并傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器;轉(zhuǎn)換器將傳感器送來的流量信號進(jìn)行放大,并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出,以 進(jìn)行顯示、累積和調(diào)節(jié)控制流量值。本文設(shè)計了一種新型的多電極電磁流量計,以低頻三值方波勵磁方 式,基于權(quán)函數(shù)理論進(jìn)行流場速度分布重構(gòu),在轉(zhuǎn)換器部分采用 VM1微處理器作為控制與計算單元,提 高了電磁流量計零點穩(wěn)定性和測量準(zhǔn)確性,實驗證明該設(shè)計對于單相不對稱流動與固 — 液兩相流傾斜管 測量具有較高的精度與可靠性。
多電極電磁流量計系統(tǒng)設(shè)計
本文中闡述的多電極電磁流量計傳感器部分的磁路系統(tǒng)采用 Helmholtz 線圈作為勵磁線圈,激 勵產(chǎn)生均勻磁場;內(nèi)徑 80mm 的非導(dǎo)磁材料聚甲醛樹脂管段作為測量管組件; 16個不銹鋼材質(zhì)的電極 對陣列用來測量感應(yīng)電勢差:由于不銹鋼價格經(jīng)濟(jì)且具備很高的抗腐蝕性及極低的相對磁導(dǎo)率,適合實 際工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
分體式多電極電磁流量計,傳感器部分安裝在測量管道,并采用不銹鋼外殼設(shè)計,以屏蔽外界電 磁信號對測量截面處磁場的干擾,而轉(zhuǎn)換器部分同樣采用不銹鋼外殼,提高了流量計的電磁兼容性,兩 者之間由屏蔽線纜連接。
多電極電磁流量計轉(zhuǎn)換器以 VM1微處理器為核心, 結(jié)合 I/O模塊與前置面板模塊 構(gòu)成整個微處理器系統(tǒng); 并設(shè)計前端電路建立與傳感器之間的聯(lián)系, 將控制信號經(jīng)磁路系統(tǒng)轉(zhuǎn)換后激勵 H elmholtz 線圈,并將傳感器中電極對之間獲取的原始感應(yīng)電壓處理轉(zhuǎn)換為適合單片機內(nèi)部運算的數(shù)字信 號,輸入 VM1進(jìn)行速度重構(gòu)和流量計算。
多電極電磁流量計轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)構(gòu)成
勵磁系統(tǒng)與信號處理電路設(shè)計
在實際應(yīng)用中, 由 VM1微處理器內(nèi)部發(fā)出兩路數(shù)字信號, 經(jīng)由 D/A轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換為模擬信號 D AC0/1輸入到勵磁時序產(chǎn)生電路的比較器中,結(jié)合固態(tài)繼電器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生三值方波電流信號,經(jīng)由驅(qū)動電 路觸發(fā)激勵 Helmholtz 線圈*終得到低頻三值方波的磁場,由此在電極對間獲得同樣時序的感應(yīng)電壓, 電磁流量計實際測量感應(yīng)電壓信號時序 S 1~S 4將一個激勵周期分成 4個時間序列。
本設(shè)計采用多電極測量, 7對在管道內(nèi)壁圓周處對稱分布的電極采集感應(yīng)電勢差,因此,轉(zhuǎn)換器 部分包含 7路布局嚴(yán)格對稱、設(shè)計完全相同的信號處理電路。感應(yīng)電壓經(jīng)電路處理后再由 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號送入微處理器。
由于在實際測量中, 電磁流量計感應(yīng)電勢差是一個微弱的交變信號, 1m/s的流速僅對應(yīng)大約 0. 1mV 的電勢差,且信號內(nèi)阻很高,為 MΩ級,同時噪聲信號很多,并存在零點漂移干擾,即一個不期望 的電壓 U0,并且數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于感應(yīng)電勢差 Uj (j=1, 2, … , 7)。根據(jù)感應(yīng)電動勢特點,信 號處理電路前端需要高倍差分放大電路設(shè)計(見圖 2),而偏置補償電路的作用就是將零點電壓值 U 0實 時測量, 并反饋補償至信號處理電路以消除零點漂移, 使感應(yīng)電壓不超出 A/D采樣可接收的數(shù)值。 另外, 多級模擬濾波電路也消除了因磁場方向快速轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的尖刺干擾電壓并濾除紋波,消除矩形波的衰減。
圖 2中(a ),(b )對比了實際測量的感應(yīng)電壓信號 Uj 與電路未經(jīng)優(yōu)化時取得的電壓 U *j ,很 明顯看出:設(shè)計合宜的信號處理電路可以大幅度改善感應(yīng)電壓信號的質(zhì)量,保證電壓幅值始終控制在 A/ D 采樣范圍內(nèi),并提供更長的有效采樣時間,從而提高電磁流量計的測量精度。
上一條：
電磁流量計在污水處理中傳感器的應(yīng)用選型
下一條：
智能電磁流量計抗干擾技術(shù)的研究
