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技术文章  

电磁流量计常用励磁系统


发布日期:2020-07-14 点击:168次
  在电磁流量计中,传感器的工作磁场是由励磁系统产生的。励磁方式决定了电磁流量计的抗干扰能力大小和零点稳定性的好坏。励磁技术也经历了直流励磁、工频正弦波励磁、低频矩形波励磁、低频三值矩形波励磁、双频矩形波励磁五个阶段。
(1)直流励磁

  直流励磁技术是利用永磁体或者直流电源给电磁流量传感器励磁绕组供电,以形成恒定的励磁磁场,这种流量计感应的流量信号是直流电压信号,如图2.1所示。具有方法简单可靠、受工频干扰影响小以及流体中的自感现象可以忽略不计等特点。但是,直流励磁技术的最大问题是直流感应电动势在两电极表面上形成固定的正负极性,引起被测流体介质电解,导致电极表面极化现象,使感生的流量信号电势减弱,电极间等效电阻增大,同时出现电极极化电势漂移,严重影响信号处理部分的工作。即使电极采用极化电势很小的铂、金等贵金属及其合金材料,常常也存在微弱的极化电势,同时仪表的制造成本较高。另外,直流励磁在电极间产生不均衡的电化学干扰电势,叠加在直流流量信号中无法消除,并随着时间的变化、流体介质特性以及流体流动状态而变化。第三,直流放大器的零点漂移、噪声和稳定性问题难以获得很好的解决。特别是在小流量测量时,信号放大器的直流稳定度必须在几分之一微伏之内,这样就限制了直流励磁技术的应用范围。目前直流励磁技术仅在原子能工业中用于导电率极高,而又不产生极化效应的液态金属流量测量中。
(2)工频正弦波励磁
  工频正弦波励磁技术是利用工频50Hz 正弦波电源给电磁流量计传感器励磁绕组供电。其主要特点是能够基本消除电极表面的极化现象,降低电极电化学电势的影响和传感器的内阻。另外采用工频正弦波励磁技术,其传感器输出流量信号仍然是工频正弦波信号,易于信号放大处理,而且能够避免直流放大器存在的实际困难,励磁电源简单方便。

  但是,工频正弦波励磁技术的采用会带来一系列电磁感应干扰和噪声。首先,电磁感应产生的正交干扰(又称为变压器效应),其干扰幅值与频率成正比,相位比流量信号滞后90°,而且实际中一般又远远大于流量信号,因此如何克服正交干扰电势的影响是正弦波励磁技术的主要难题。其次,工频正弦波供电电源存在电源电压幅值和频率波动的影响,产生供电电源性干扰。第三,存在电磁感应的涡流效应、静电感应的分布电容、杂散电流产生同相干扰,且此干扰电势的频率和工频完全一致,并叠加在流量信号之中难以消除,以致电磁流量计零点不稳定。虽然采用相敏整流、严格的电磁屏蔽和线路补偿、电源补偿、自动正交抑制系统等技术措施以消除与流量信号频率一致的工频干扰电压,但由于正交电势的幅值比流量信号电势幅值大几个数量级,正交抑制系统等抗干扰技术措施的任何不完善,都可能引起一部分正交电势转化为同相干扰电势,导致电磁流量计零点不稳定,精度难以提高。
(3)低频矩形波励磁

  矩形波励磁技术既具有直流励磁技术不产生涡流效应、变压器效应(正交干扰)和同相干扰等优点,又具有工频正弦波励磁基本不产生极化效应,便于信号放大处理,而能避免直流放大器零点漂移、噪声、稳定性等问题的优点,具有较好的抗干扰性能,得以在电磁流量计中广泛应用。
(4)低频三值矩形波励磁

  低频三值矩形波励磁技术采用工频频率的八分之一为周期,采用正→零→负→零→正的规律变化的励磁波形,如图2.4 所示。此项励磁技术的最大特点是能够通过零值励磁时进行动态零点校正,进一步提高了零点稳定性。另外,通过一个周期内的四次采样值,近似认为极化电势恒定,利用微处理器数值运算得以消除极化电势的影响。
(5)双频矩形波励磁

  低频三值矩形波励磁虽然具有优良的零点稳定性,但在测量泥浆、纸浆等含纤维和固体颗粒的液固两相导电性流体流量时,固体颗粒擦过电极表面导致电极的接触电势突然变化,电磁流量计传感器输出信号出现尖峰状脉冲;在测量低导电率流体流量时,电极的电化学电势定期变动,产生幅值随频率成反比的噪声(即1/f 噪声),导致低频矩形波励磁电磁流量计输出摇摆,前者称为泥浆干扰,后者称为流动噪声。提高励磁频率有助于降低泥浆干扰和流动噪声,提高传感器输出信号的信噪比。由上面分析可知,传统正弦波励磁最大的难题是无法彻底解决工频干扰问题,同时其正交干扰与励磁频率成正比,经?;嵫兔涣髁啃藕?;低频方波励磁很大程度解决了工频干扰和正交干扰,但又存在微分干扰的问题,同时仍然存在涡电流的影响;在低频励磁方式上改进的三值低频矩形波励磁改善了微分干扰状况,但不能解决其它一些干扰问题?;谏鲜銮榭?,充分考虑到各个励磁方式的优缺点,利用单片机对励磁方式可调的原理,best365亚洲版官网设计了对电磁流量计励磁方式可选的方案,根据不同的测量介质,可以选择不同的励磁方式,最大可能的减少各种干扰对系统的影响。在这里,best365亚洲版官网选择低频三值矩形波励磁作为本项目的默认励磁方式,并对此励磁方式进行了单片机编程。
 
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