電磁流量計(jì)的常用勵(lì)磁技術(shù)

電磁流量計(jì)的常用勵(lì)磁技術(shù)
    因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)的勵(lì)磁技術(shù)決定了電磁流量傳感器工作磁場的特征，所以勵(lì)磁技術(shù)*與否直接影響到電磁流量計(jì)的檢測精度。到目前為止，勵(lì)磁技術(shù)主要有如下幾種∞o"舢9,2‘魏趣鞏礬刪：
   一、直流勵(lì)磁技術(shù)
   直流勵(lì)磁技術(shù)是利用永磁體或通過直流電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電，來形成恒定的勵(lì)磁磁場，其勵(lì)磁波形如圖2-1所示。該技術(shù)具有方法簡單可靠、受工頻干擾影響小、流體中自感現(xiàn)象可忽略不計(jì)等特點(diǎn)。L D ■-蹦宿II’ 圖2-1直流勵(lì)磁目前，直流勵(lì)磁技術(shù)存在的問題是直流感應(yīng)電勢在兩電極表面形成固定的正負(fù)極性，從而引起被測流體介質(zhì)電解，導(dǎo)致電極表面出現(xiàn)極化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的存在將使由流量信號(hào)感生的電勢減弱，電極間等效電阻增大，同時(shí)出現(xiàn)電極極化和電勢漂移，以至嚴(yán)重影響信號(hào)轉(zhuǎn)換放大部分的工作．其次，直流勵(lì)磁在電極間所產(chǎn)生的不均衡的電化學(xué)干擾電勢疊加在直流流量信號(hào)中，不僅無法消除， 而且還隨著時(shí)間、流體介質(zhì)特性以及流體流動(dòng)狀態(tài)等變化而變化。再次，直流放大器的零點(diǎn)漂移、噪聲和穩(wěn)定性等問題難以獲得很好解決。基于以上原因，直流勵(lì)磁技術(shù)目前僅應(yīng)用于導(dǎo)電率而又不產(chǎn)生極化效應(yīng)的液態(tài)金屬流量測量中。
   二、工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)
    工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)是利用工頻50Hz正弦波電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電，使之形成正弦波勵(lì)磁磁場，其勵(lì)磁波形如圖2．2所示。其主要特點(diǎn)是能夠基本消除電極表面極化現(xiàn)象，降低電極電化學(xué)電勢影響和傳感器內(nèi)阻。另外，輸出流量信號(hào)仍然是工頻正弦波信號(hào)，易于信號(hào)放大處理。盡管如此，工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)并非，其在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)帶來一系列電磁感應(yīng)干擾和噪聲。首先，電磁感應(yīng)產(chǎn)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(hào)相位滯后900，且一般又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流量信號(hào)。因此，如何克服正交干擾電勢的影響是該技術(shù)應(yīng)用的主要難題。其次，由電源電壓幅值和頻率波動(dòng)所產(chǎn)生的電源性干擾。再次，存在電磁感應(yīng)渦流效應(yīng)、靜電感應(yīng)分布電容、雜散電流之間產(chǎn)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(hào)之中難以消除，以致于智能型電磁流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定。因此，實(shí)際應(yīng)用中必須采用相敏整流、線路補(bǔ)償、自動(dòng)正交抑制等措施，以消除與流量信號(hào)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(lì)磁
   三、低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)
    1955年，A．B．Denison、M．ESpencer和H．D．Green首先提出采用低頻矩形波勵(lì)磁的思想，并試制成功30Hz低頻矩形渡勵(lì)磁電磁血液流量計(jì)，但由于當(dāng)時(shí)信號(hào)放大技術(shù)水平較低，信號(hào)處理困難而未能在工業(yè)應(yīng)用上實(shí)施。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和新型電子器件的不斷出現(xiàn)，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(lì)磁電磁流量計(jì)并投人工業(yè)應(yīng)用。70年代中期，工業(yè)發(fā)達(dá)國家紛紛研制成功雙極性低頻矩形波勵(lì)磁電磁流量計(jì)并取代工頻正弦波勵(lì)磁電磁流量計(jì)，從而開始了低頻矩形波勵(lì)磁電磁流量計(jì)的工業(yè)應(yīng)用時(shí)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(lì)磁示意圖電磁流量計(jì)的長期工業(yè)應(yīng)用表明，工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)雖然采用多種抗干擾技術(shù)措施，但仍然很難排除與流量信號(hào)相一致的工頻干擾。于是為了解決電磁流量計(jì)工頻干擾問題，提高流量測量精度，介于直流勵(lì)磁和工頻交流勵(lì)磁之間的低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)被提出。此項(xiàng)勵(lì)磁技術(shù)既具有直流勵(lì)磁技術(shù)不產(chǎn)生渦流效應(yīng)、變壓器效應(yīng)(正交干擾)和同相干擾等優(yōu)點(diǎn)，又具有工頻正弦波勵(lì)磁基本不產(chǎn)生極化效應(yīng)，便于放大信號(hào)處理，而能避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問題的優(yōu)點(diǎn)，具有較好的抗干擾性能，得以在電磁流量計(jì)中廣泛應(yīng)用。
    四、三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)
    三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)采用工頻頻率八分之一為周期，使勵(lì)磁電流按照正一零一負(fù)一零一正的規(guī)律變化，其勵(lì)磁波形如圖2-4所示。此項(xiàng)勵(lì)磁技術(shù)特點(diǎn)是能夠在零態(tài)時(shí)自動(dòng)校正零點(diǎn)，具有零點(diǎn)穩(wěn)定的特性。此外，該技術(shù)還可利用微處理器的邏輯判斷功能和運(yùn)算功能解決尖峰干擾電勢的影響。三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)雖然具有良好的零點(diǎn)穩(wěn)定性，但同樣存在勵(lì)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(dǎo)電率流體流量時(shí)表現(xiàn)出明顯不足。固體顆粒擦過電極表面時(shí)產(chǎn)生的低頻尖峰噪聲和流體流動(dòng)噪聲，往往導(dǎo)致電磁流量計(jì)的輸出擺動(dòng)，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(lì)磁
    五、雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)
    研究分析表明：干擾噪聲具有1／f的頻譜特征，低頻時(shí)幅值大，高頻時(shí)幅值小．在測量低導(dǎo)電率液體流量時(shí)，電極電化學(xué)電勢的定期變化將產(chǎn)生隨著流量增加而頻率增加的隨機(jī)噪聲，即流體流動(dòng)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(lì)磁頻率的方法降低尖峰噪聲和流體流動(dòng)噪聲對(duì)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(dǎo)電性流體時(shí)出現(xiàn)的尖峰噪聲干擾，日本橫河北辰電機(jī)株式會(huì)社精心總結(jié)各種勵(lì)磁技術(shù)的特點(diǎn)， 于1988年提出雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，其勵(lì)磁波形如圖2．8所示。雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)雖然可以解決尖峰噪聲干擾，但使轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，成本增加，同時(shí)增加了傳感器功耗，不利于節(jié)能。I- ]幾門幾門門幾n — U U U U 7 圖2—5 雙頻矩形波勵(lì)磁由上面分析可知，傳統(tǒng)正弦波勵(lì)磁的難題是無法解決工頻干擾問題， 同時(shí)其正交干擾與勵(lì)磁頻率成正比，經(jīng)常會(huì)淹沒流量信號(hào)：低頻方波勵(lì)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(shí)仍然存在渦電流的影響；在低頻勵(lì)磁方式上改進(jìn)的三值低頻矩形波勵(lì)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(gè)勵(lì)磁方式的優(yōu)缺點(diǎn)，利用單片機(jī)對(duì)勵(lì)磁方式可調(diào)的原理，我們設(shè)計(jì)了對(duì)電磁流量計(jì)勵(lì)磁方式可選的方案， 根據(jù)不同的測量介質(zhì)，可以選擇不同的勵(lì)磁方式，可能的減少各種干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，在這里，我們選擇三值低頻矩形波作為本項(xiàng)目的默認(rèn)勵(lì)磁方式，并對(duì)此勵(lì)磁方式進(jìn)行了單片機(jī)編程。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(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、V錐流量計(jì)、V型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)，更多信息請?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：