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智能電磁流量計的勵磁系統、信號處理系統和誤差修正等三方面技術分析

來源:作者:發表時間:2017-08-17 09:49:34

 【摘要】智能電磁流量計自進入工業實用階段就已經展示了測量精度高、穩定性好等優點,本文將從勵磁系統、信號處理系統和誤差修正技術三個方面展開技術分析,以進一步提高智能電磁流量計性能,適應更廣泛的現場應用環境。在科技快速進步和工業要求逐漸提高的今天,電磁流量計的性能提升勢在必行。

 
        電磁流量計是以法拉第電磁感應定律為原理測量導電流體體積流量的速度式流量計,自從智能電磁流量計進入市場,其性能就在不斷完善,這是市場需求下的科技推動,如今電磁流量計已經成為一項技術成熟且得到廣泛應用的新一代流量儀表。下文對電磁流量計的三個方面展開分析,以求將更新的科技引進到智能電磁流量計的應用中,滿足市場對流量監測的高精度要求。
 
1 勵磁系統
        在電磁流量計中,其抗干擾性和零點穩定性都取決于勵磁方式,而且勵磁系統還是傳感器工作磁場的產生單元。勵磁技術的發展目前經歷了以下幾個階段。直流勵磁技術能使勵磁磁場維持恒定狀態,其利用直流電源或者永磁體給電磁流量傳感器勵磁繞組供電,直流電壓信號就是這種流量計感應的流量信號。這種方法簡單可靠,對工頻的抗干擾能力強,而且可以忽略其流體中的自感現象。但是這種方式也存在問題,其會產生固定正負極性,會使被測介質發生電解從而減弱流量信號電勢,并發生電極極化電勢漂移影響信號處理工作。工頻正弦波勵磁的供電利用了 50Hz 工頻正弦波電源,其能夠消除極化現象,減少了傳感器內阻并大大降低了電極電化學電勢的影響,從而使信號的放大處理更加容易,但工頻正弦波勵磁的缺點是其會產生電磁感應干擾和噪聲。低頻矩形波勵磁是目前智能電磁流量計中應用**廣泛的方法,其無干擾和噪音,基本不會產生極化效應,信號方法處理較為便利。低頻三值矩形波勵磁利用了勵磁波形,波形周期為工頻周期的固定倍數,波形變化規律為正-零-負-零-正。這一方法提高了零點穩定性,而且其變化規律能夠有效消除極化電勢。雙頻矩形波勵磁方法的零點穩定性是非常優良的,但會發生電極的接觸電勢突然變化現象,從而發生干擾和噪音。動態勵磁技術是在三值矩形波勵磁的基礎上,根據現場流體狀態自動調整勵磁頻率,以提高測量穩定性。目前工業現場管路復雜,閥門、彎頭、分支管、變徑管等對流體流態影響較大,且工業現場直管路相對較短,不足以消除以上組件對流體的擾動,在此環境下工作的電磁流量計往往穩定性差,需要手動設置阻尼系數以提高測量穩定性。但阻尼會帶來流量測量跟蹤速度慢的缺點,無法及時反應流量的變化。動態勵磁技術則很好的解決了阻尼的缺點,當流體波動大時,自動增大勵磁周期,提高測量穩定性的同時又具有快速響應的特點。個別復雜環境則需同時借助動態勵磁技術及阻尼設置來提高液體測量的穩定性。
 
2 信號處理系統
        智能電磁流量計信號處理系統的工作原理為:前置放大電路對接收的流量信號進行處理,抑制噪聲和干擾的同時放大收到的微弱流量信號,整形電路將差動的雙端流量信號變換為單端的流量信號,A/D 轉換電路將流量信號變為數字量,數字量進入單片機進行數字運算后,得到流速值和流量值。電 磁 流 量 計 測 量 液 體 的 電 導 率 一 般≥ 50μS/cm,自來水的電導率約為 500μS/cm,以此為基礎搭建的信號處理系統往往無法測量軟化水 ( 電導率低于 50μS/cm,純水的電導率約為 10μS/cm) 或其他低電導率液體的流量。而專為低電導率液體測量設計的電磁流量計( 測量液體的電導率≥ 5μS/cm) 在測量高電導率液體時,因為電路自身原因而帶來很大的測量誤差。智能信號處理系統的引進則很好的解決了上述問題,通過檢測液體的電導率,根據電導率自動選擇濾波電容、電阻、電路放大倍數,滿足不同電導率液體流量測量,提高測量精度。
 
3 誤差修正技術
       智能電磁流量計的誤差修正方法為零點校正及基本誤差修正相結合的線性修正方法。用公式表示為 V=kE-V 0 ,其中 V 表示液體實際流速,k 為基本誤差修正系數,E 為實測流速轉換的數字量,V 0 為零點偏移量。在此誤差修正的基礎上,根據流量計傳感器特性進一步引入流量分段修正方法,根據 JJG1033-2007《電磁流量計》計量檢定規程,將流量檢定點分為Qmax(流量測量上限)、Qmin(流量測量下限)、0.1Qmax、0.25Qmax、0.5Qmax 和 0.75Qmax。根據以上測量點將流量計進行分段線性修正以滿足測量精度要求。傳統電磁流量計的流速測量范圍為 0.3m/s ~ 10m/s,在某些現場中,實際管道內流體的流速往往低于 0.3m/s 的流速測量下限。在這種低流速環境下,用以上修正方法將很難滿足流量測量精度要求,而依據電磁流量計傳感器特性擬定修正曲線,采用曲線公式方法進行低流速誤差修正,則能更好的滿足測量精度要求。
 
4 結束語
        智能電磁流量計在以上三種技術的共同作用下,性能得到進一步提升,能夠滿足更苛刻的現場環境測量。
 
        作者:智能電磁流量計
        版權:三暢儀表有限公司&陜西建工集團設備安裝工程有限公司第八分公司(王壯志)
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