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电磁流量计

低电压微功耗电池供电电磁流量计的测量原理分析

电磁流量计是本世纪五、六十年代发展并逐步完善起来的流量仪表,随着电子技术和微电子领域的发展,低电压微功耗大规模集成电路的出现,给电磁流量计的应用带来又一个广阔的前景。
    本文分析和研究国外一种低电压微功耗电池供电电磁流量计的测量原理,主要有以下几个方面:
    a. 低电压微功耗电磁流量计的理论依据;
    b. 低电压微功耗电磁流量计的变送器结构设计;
    c. 低电压微功耗电磁流量计校验分析。
    1 工作原理
    根据法拉第电磁感应定律,当导体在磁场中运动切割磁力线时,在导体的两端即产生感生电势e,如果B,L,V三者互相垂直;
    则:e=BLV;(B,L,V分别为磁场磁感应强度、导体的长度和运动速度)
    应用于电磁流量计则有:流量计信息网内容图片(D为管道直径)则体积流量Qv可表示为:流量计信息网内容图片
    由上式可见,体积流量Qv与感应电动势e和测量管内径D成线性关系,与磁场的磁感应强度B成反比,与其它物理参数无关。这就是电磁流量计测量导电液体体积流量的原理(见图1)。
    电磁流量计的主要特点:变送器结构简单,没有可动部件;在测量过程中,不受被测介质温度、粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响;量程范围极宽,并只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称分布下的流动状态(层流、湍流)无关,而且反应灵敏,线性好。
    可以看出,将电磁流量计进一步开发成为低电压微功耗电磁流量计是适宜的。但在低电压微功耗状态下,一般采用电池供电,这样就需解决励磁电路系统功耗大的问题,一方面要求减少励磁电路系统功耗,另一方面要求得到足够的流量信号(感应电动势e)。要满足这些要求必须在设计中解决好励磁电路系统的变送器结构问题。
    2 励磁电路系统变送器结构分析
    电磁流量计变送器主要由测量导管、励磁系统、电极及干扰调整机构等部分构成。为了使传感器稳定可靠地工作,准确地感受流量信号,结构上必须认真考虑。
    为了减少励磁线圈消耗太多的电能,根据励磁线圈磁场原理,制作了特殊的结构。选用优质的超高导磁率铁氧体作为励磁线圈铁芯(超高导磁率镍锌NIZn铁氧体μi>12000)(图2)。
    3 励磁信号的处理方法
    电磁流量计的磁场是通过励磁线圈来获得的。目前采用三值低频方波励磁形式(见图3)。
    低电压微功耗电磁流量计,采用了精度很高的双积分模数转换,对各种尖脉冲及交流工频干扰有很好的消除作用。特别是在励磁方面采用零点稳定性好、抗工频干扰能力强的三值低频方波,它能够很好地减弱正负周期之间所产生的相互干扰问题,另外该流量计为了降低功耗借助励磁涌流增强励磁磁场强度,达到三值低频方波励磁的性能和效果。
    4 流量信号处理方法
    1)流量计采用日本日立公司生产的6B68-0031低电压微功耗大规模集成电路MPU(MicroProcessorUnit)微处理器,作为中央控制器设计方案,芯片中的CPU控制整个仪表的运行,与74HC02A和SL130组合,完成对流量信号的运算与存储和控制励磁信号功能等;输出端有仪表模拟信号(电流信号)输出和频率输出等功能。
    2)计算机内部CPU中央处理器对数据信号进行处理,控制软件支持并对流量数据进行运算和控制。测量管段中的电极接收到的感生电动势e,首先经过可变增益前置放大器对接收到的微弱信号进行放大,然后进行第以级信号放大,放大了的信号经过A/D转换进入CPU微处理器,同时把处理的流量数据结果送至显示器进行显示量值,另外在智能化设计中CPU微处理器对外I/O接口电路中,以脉冲信号和数字信号(数据流)进行远程数据传输。
    5 电磁流量计校验情况分析
    依据该产品(DN100)的技术参数声明,参照水表及电磁流量计检定规程,分别在实验室及该产品安装后的使用现场对其进行校验。
    在实验室,使用容积式水流量标准装置(标准金属量器准确度为0。2级)进行校准,在使用现场,使用1。5级进口便携式超声波流量计(经国家水大流量检测站校准)进行比对,实验数据见表1,示值误差满足其说明书声明允许误差,如图4。
    通过对该流量计分析可以看出,以往大多数电磁流量仪表都是以220V交流供电。随着工业生产的发展,环境保护和节约能源的需要,在众多流量测量仪表中,电池供电的电磁流量计,有其独有的优势,硬件和软件设计都不同于交流供电的电磁流量计,是流体力学理论和电子技术的成功结合,使仪表的设计更合理、性能更优越、测量更精却,未来必将引起人们更大的重视。
点击次数:  更新时间:2017-04-19  【打印此页】  【关闭

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