現(xiàn)有的電磁流量計(jì)都是靠通電線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng),因?yàn)殡娀瘜W(xué)及其他因素會(huì)在恒定磁場(chǎng)勵(lì)磁的電磁流量計(jì)測(cè)量電極上產(chǎn)生嚴(yán)重的極化現(xiàn)象,由此使得隨機(jī)變化的極化電壓全部淹沒(méi)反映流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),因此,極化電壓一直是電磁流量計(jì)測(cè)量的主要障礙,恒磁式勵(lì)磁的技術(shù)始終是電磁流量計(jì)研究的主要難點(diǎn)之一。目前,恒磁勵(lì)磁的方法僅僅適用于液態(tài)金屬的測(cè)量,研究在恒磁式電磁流量計(jì)中如何控制極化電壓就顯得尤為突出和重要電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)隨著電磁流量計(jì)的發(fā)展,其勵(lì)磁技術(shù)主要包括低頻勵(lì)磁、雙頻勵(lì)磁和直流勵(lì)磁三種方式。就恒磁式電磁流量計(jì)目前的研究而言,主要難點(diǎn)集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
(1)極化電壓與電極材料、液體性質(zhì)有關(guān),且影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
(2)直流極化電壓隨機(jī)性大,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
(3)實(shí)際測(cè)量過(guò)程中,兩電極上疊加了一系列的干擾信號(hào)
(4)盡管磁感應(yīng)強(qiáng)度增大了很多,但與極化電壓相比,反應(yīng)流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)仍然非常微弱。
以上眾多問(wèn)題使得從一個(gè)較大的無(wú)規(guī)律隨機(jī)變化的極化電壓中提取出有用的微弱感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)十分困難,也是目前電磁流量計(jì)研究的難點(diǎn)之一。本文從用永磁體測(cè)量流速,從極化電壓的角度出發(fā),在參考和借鑒電極結(jié)構(gòu)、極化現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理和雙電層理論的基礎(chǔ)上,提出了一種有效的動(dòng)態(tài)跟蹤極化電壓的方法以抑制極化電壓,提取出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),定性反應(yīng)流速。用本文設(shè)計(jì)的電磁流量傳感器測(cè)量極化電壓,在滿管無(wú)流速的情況下,示波器采集的傳感器兩電極上的極化電壓信號(hào)。該電壓為極化電壓,它在200mV左右,測(cè)量時(shí)間相差40min,它們的變化不穩(wěn)定且有隨機(jī)性。用不同的傳感器測(cè)量,極化電壓的幅值和變化情況也全不相同。一般來(lái)說(shuō),反應(yīng)流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)非常微弱(一般為0.mV/(1m/s))9,它是微伏級(jí)的電壓。而直流極化電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從圖1中可以看出,其數(shù)值能達(dá)到200mV。電磁流量計(jì)實(shí)際測(cè)量過(guò)程中,受實(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響,兩個(gè)電極上疊加了一系列的干擾信號(hào),極化電壓也影響感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。以上種種因素使得直接從較大的隨機(jī)變化的極化電壓中提取出微弱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)十分困難。
盡管恒磁式電磁流量計(jì)得到的反映流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較通電線圈勵(lì)磁的電磁流量計(jì)大很多,但是,極化電壓仍然至少比感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,因此,要從大的極化電壓中提取出較小的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),極化電壓
是有待解決的首要問(wèn)題。
二、傳感器的設(shè)計(jì)
借鑒現(xiàn)有的線圈勵(lì)磁的電磁流量計(jì),首先設(shè)計(jì)采集信號(hào)的傳感器。線圈勵(lì)磁是通過(guò)給線圈通以恒定的電流,恒定的電流產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng),從而得到電磁流量計(jì)測(cè)量所需要的磁感應(yīng)強(qiáng)度,其傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示,本課
題設(shè)計(jì)的傳感器是在與電極垂直的方向安裝兩塊大磁鋼10,從理論上講,磁鋼產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度是均勻恒定的調(diào)整加磁鋼和不加磁鋼兩組電路,保證靜態(tài)無(wú)流速時(shí),加磁鋼和不加磁鋼兩組電路的輸出電壓盡可能相等,
從理論分析可知,有流速時(shí),加磁鋼的電極上采集的信號(hào)應(yīng)該包括極化電壓和反應(yīng)流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。不加磁鋼的電極上采集的信號(hào)僅僅包括極化電壓,所以,兩組信號(hào)經(jīng)過(guò)差分后,得到的僅僅是反應(yīng)流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。差分對(duì)比消除極化原理圖如圖所示。
三、繼電器電容反饋抑制極化的實(shí)驗(yàn)
對(duì)極化電壓的隨機(jī)不相關(guān)性,設(shè)想一種反饋控制思想,保證一個(gè)周期內(nèi)既有測(cè)量時(shí)間又有控制時(shí)間。測(cè)量時(shí)間內(nèi),采集電極上的極化電壓;控制時(shí)間內(nèi),將已采集的極化電壓反饋給測(cè)量電極,以實(shí)現(xiàn)正負(fù)抵消該電壓。
四、動(dòng)態(tài)反饋控制極化電壓方法的探索
借鑒差分對(duì)比消除極化和繼電器電容反饋抑制極化兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的思想,繼續(xù)改進(jìn)繼電器電容反饋的設(shè)計(jì)方案既然利用電容的充電和放電現(xiàn)象可以控制極化電壓到個(gè)較小的范圍,那么引入一個(gè)記錄極化電壓的機(jī)制,并
將其極性取反,然后反饋給提取信號(hào)的測(cè)量電極,也即借鑒自動(dòng)控制原理的負(fù)反饋思想,記錄極化電壓的機(jī)制相當(dāng)于每次都提供一個(gè)設(shè)定值,而電極上測(cè)量的信號(hào)作為實(shí)際值,兩者進(jìn)行比較,然后對(duì)其偏差信號(hào)進(jìn)行控制,終的目的就是盡量將該偏差控制到零,從而控制極化電壓。動(dòng)態(tài)反饋控制極化的工作原理:先對(duì)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)理,然后判斷極化電壓的大小和方向,每個(gè)控制時(shí)序內(nèi),都要根據(jù)極化電壓的幅值和極性采取相應(yīng)的反饋量,終將該極化電壓抑制到重復(fù)穩(wěn)定的數(shù)值,消除其對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響,并讓反應(yīng)流速的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)得到體現(xiàn)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以初步看出,初始靜態(tài)零點(diǎn)完全在100mV以內(nèi),流速變化通過(guò)直流電壓的形式反映出來(lái),直流電壓信號(hào)幅值隨著流速的增大而增大,其變化范圍可以達(dá)到100mV,粗略定性地反應(yīng)流速變化的效果非常明顯。
上文討論了恒磁式電磁流量計(jì)設(shè)計(jì)中,極化電壓的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明了采用這種極化電壓勵(lì)磁的電磁流量計(jì)基本符合設(shè)計(jì)要求,恒磁式電磁流量計(jì)的研究將為電磁流量計(jì)開(kāi)拓新的研究空間,有助于實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
上一條：
一種電磁流量計(jì)空管檢測(cè)裝置的詳細(xì)介紹
下一條：
國(guó)產(chǎn)電磁流量計(jì)與進(jìn)口電磁流量計(jì)相比的差距分
