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電磁流量計(jì)的原理是法拉第電磁感應(yīng)定律,用于測量封閉管道中的導(dǎo)電液體和漿液中的流量。其傳感器主要組成部分是:測量管、電極、勵(lì)磁線圈、鐵芯與磁軛殼體??装辶髁坑?jì)
了解電磁流量計(jì)的人都知道,低頻矩形勵(lì)磁具有能夠克服直流勵(lì)磁存在極化電壓大的優(yōu)點(diǎn),又有避免交流勵(lì)磁存在電磁感應(yīng)干擾引起正交干擾和同相干擾的優(yōu)點(diǎn),是兼顧直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁兩者優(yōu)點(diǎn)的一種勵(lì)磁方式。在理論上,它使工頻干擾、勵(lì)磁相位干擾、電極極化以及零點(diǎn)漂移等干擾有了可克服的途徑。采用何種方式檢定流量儀表取決于計(jì)量系統(tǒng)對(duì)測量不確定度的要求、被檢流量計(jì)的類型、用途、所具備的檢定條件、檢定所需費(fèi)用等諸多因素。但在實(shí)際中,由于電磁感應(yīng)、靜電效應(yīng)以及電化學(xué)反應(yīng)等原因,電極輸出的電壓不僅僅是與流體流速成比例的感應(yīng)電動(dòng)勢,也包含了各種干擾成分在內(nèi)。因此,必須在后續(xù)的信號(hào)放大處理部分予以消除。
在實(shí)際的電磁流量計(jì)運(yùn)行中,正交干擾和同相干擾是由于勵(lì)磁磁場的突變引起的,是交變勵(lì)磁的電磁流量計(jì)的必要干擾,如果在測量時(shí)保持磁場不變化,則此兩項(xiàng)干擾為零。磁場頻率一般有50Hz的1/2、1/6、1/8、1/36,從出廠時(shí)的1/6提高到1/2。共模干擾和串模干擾主要是由于電磁流量計(jì)附近的電磁干擾和靜電干擾產(chǎn)生的,可以通過電磁屏蔽和良好的接地加以抑制,并通過后接一個(gè)具有高分貝共模抑制比(CMRR)的差分放大器予以基奉消除。
另外,電磁流量計(jì)是用來測量各類流體的儀表.必然將被使用在工業(yè)檢測控制生產(chǎn)中,此時(shí),流量計(jì)周圍充滿自身產(chǎn)生的或其他工業(yè)設(shè)備輻射過來的工頻干擾信號(hào),使得終的流量信號(hào)上將疊加工頻信號(hào)。
針對(duì)工頻干擾,選擇勵(lì)磁周期(信號(hào)周期)是工頻信號(hào)的整數(shù)倍,那么在每個(gè)周期信號(hào)中必有兩個(gè)點(diǎn)受到的工頻干擾近似。此時(shí)如果用放大器直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大計(jì)算,則由于%的存在而使放大器輸出飽和,無法準(zhǔn)確測得值。此時(shí),兩點(diǎn)信號(hào)幅值相減可以消除工頻串模干擾。在確定勵(lì)磁周期為工頻周期的整數(shù)倍后,插入式電磁流量計(jì)的信號(hào)處理將需要解決以下兩個(gè)方面:
現(xiàn)代智能化儀表都追求高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,這就需要?jiǎng)?lì)磁周期必須足夠小(z小為工頻周期)。但是過高的勵(lì)磁頻率將使零點(diǎn)漂移不穩(wěn)定,加大了對(duì)信號(hào)處理的難度。所以在電磁流量計(jì)的信號(hào)處理中必須在響應(yīng)速度和信號(hào)穩(wěn)定性方法之間綜合考慮。
在實(shí)際的流量信號(hào)中,微伏級(jí)和eo(z大達(dá)到幾百毫伏)相差很大,差不多將近千倍以上。此時(shí)如果用放大器直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大計(jì)算,則由于%的存在而使放大器輸出飽和,無法準(zhǔn)確測得值。所以在信號(hào)處理中必須在盡量消除eo的影響的前提下有效的放大值。
目前,電磁流量計(jì)的信號(hào)處理方法一般包括電容隔離法、零點(diǎn)漂移反饋法和三次采樣法。但是,電容隔離法由于在處理過程中信號(hào)會(huì)失真,無法使用在測量場合。實(shí)流檢定尤其是在線實(shí)流檢定最符合準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和試驗(yàn)性等計(jì)量特點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)真正的流量測量儀表校準(zhǔn)或賦值,能保證量值傳遞或溯源性的連續(xù)和封閉。零點(diǎn)漂移反饋法的響應(yīng)時(shí)間過長,無法用在需要快速反應(yīng)的環(huán)境中,而三次采樣法則由于是建立在零點(diǎn)漂移是均勻的假設(shè)上的。所以,這三種方法在需要,高響應(yīng)速度的環(huán)境中可能會(huì)無法很好的滿足要求,需要另外設(shè)計(jì)一種信號(hào)處理方法。
2000年上海原水公司擬在已建成的某泵站加裝DN2200電磁流量計(jì),但彎管下游安裝位置的前直管長度明顯不符合規(guī)定中5D10D(D為管徑,下同)的要求,此時(shí),影響測量誤差有多大呢?由于受條件限制無法在現(xiàn)場用經(jīng)典的測量方法(如流速計(jì)流速面積法)作比對(duì)試驗(yàn),以估計(jì)彎管影響附加誤差值。其次,安裝反應(yīng)器或直管段,以保障物料的充分混合,推動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的順利實(shí)現(xiàn)。并且使用方必須在訂購之前就要知道附加誤差估計(jì)值,以決定設(shè)計(jì)方案。筆者按相似原理以較小口徑電磁流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場條件作試驗(yàn)。試驗(yàn)證明45°安裝可減小彎管影響,并求得該個(gè)案安裝條件下傳統(tǒng)安裝方式的影響值。
電磁流量計(jì)的靜態(tài)標(biāo)定
電磁流量計(jì)在出廠時(shí)經(jīng)過檢定,在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)時(shí)流量能同步的顯示在其表頭上,但在自動(dòng)供料系統(tǒng)中我們需要在工控機(jī)上也實(shí)時(shí)顯示其流量,并以此進(jìn)行調(diào)控,這就需要我們把電磁流量計(jì)本身的流量信息及時(shí)地傳送到工控機(jī)上。在線實(shí)流檢定最符合流量量值的動(dòng)態(tài)溯源特征,它充分考慮了物性參數(shù)、操作條件、環(huán)境條件、安裝條件等諸多影響,保證檢定條件與實(shí)際使用條件的充分一致,對(duì)于貿(mào)易結(jié)算的測量儀表,買賣雙方都希望能采用在線實(shí)流檢定,以實(shí)現(xiàn)真正的計(jì)量公正。而電磁流量計(jì)的輸出信號(hào)為4~20mA的電流信號(hào),工控機(jī)的采集卡只能檢測0~10V的電壓信號(hào),故在電磁流量計(jì)的信號(hào)輸出端串接一個(gè)小于500Ω的電阻用以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)[2]供采集卡采集。表1為電磁流量計(jì)信號(hào)輸出端串接一個(gè)200Ω電阻后,電磁流量計(jì)在電機(jī)運(yùn)行于不同頻率時(shí)其本身測量的流量值和采集卡所采集的數(shù)值。