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電磁流量計的原理是法拉第電磁感應定律,用于測量封閉管道中的導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、勵磁線圈、鐵芯與磁軛殼體??装辶髁坑?
了解電磁流量計的人都知道,低頻矩形勵磁具有能夠克服直流勵磁存在極化電壓大的優(yōu)點,又有避免交流勵磁存在電磁感應干擾引起正交干擾和同相干擾的優(yōu)點,是兼顧直流勵磁和交流勵磁兩者優(yōu)點的一種勵磁方式。在理論上,它使工頻干擾、勵磁相位干擾、電極極化以及零點漂移等干擾有了可克服的途徑。但在實際中,由于電磁感應、靜電效應以及電化學反應等原因,電極輸出的電壓不僅僅是與流體流速成比例的感應電動勢,也包含了各種干擾成分在內。氟塑料改良后的品種有PFA、F46,耐溫耐腐蝕性能與PTFE相近,可用于真空和負壓的情況下。因此,必須在后續(xù)的信號放大處理部分予以消除。
在實際的電磁流量計運行中,正交干擾和同相干擾是由于勵磁磁場的突變引起的,是交變勵磁的電磁流量計的必要干擾,如果在測量時保持磁場不變化,則此兩項干擾為零。共模干擾和串模干擾主要是由于電磁流量計附近的電磁干擾和靜電干擾產生的,可以通過電磁屏蔽和良好的接地加以抑制,并通過后接一個具有高分貝共模抑制比(CMRR)的差分放大器予以基奉消除。電極材料的選擇首先考慮電極對測量的耐腐蝕性,其次為是否會產生電極表面效應(表面化學反應、電化學反應和極化現(xiàn)象)。
另外,電磁流量計是用來測量各類流體的儀表.必然將被使用在工業(yè)檢測控制生產中,此時,流量計周圍充滿自身產生的或其他工業(yè)設備輻射過來的工頻干擾信號,使得終的流量信號上將疊加工頻信號。
針對工頻干擾,選擇勵磁周期(信號周期)是工頻信號的整數(shù)倍,那么在每個周期信號中必有兩個點受到的工頻干擾近似。此時,兩點信號幅值相減可以消除工頻串模干擾。但問題是這樣測量是滯后于控制的,就是說流量計測量得到的流量你已經無法控制了,它流到后面去了,在控制上是不利的。在確定勵磁周期為工頻周期的整數(shù)倍后,插入式電磁流量計的信號處理將需要解決以下兩個方面:
現(xiàn)代智能化儀表都追求高動態(tài)響應速度,這就需要勵磁周期必須足夠小(z小為工頻周期)。但是過高的勵磁頻率將使零點漂移不穩(wěn)定,加大了對信號處理的難度。所以在電磁流量計的信號處理中必須在響應速度和信號穩(wěn)定性方法之間綜合考慮。
在實際的流量信號中,微伏級和eo(z大達到幾百毫伏)相差很大,差不多將近千倍以上。此時如果用放大器直接對信號進行放大計算,則由于%的存在而使放大器輸出飽和,無法準確測得值。所以在信號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,電磁流量計的信號處理方法一般包括電容隔離法、零點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會失真,無法使用在測量場合。零點漂移反饋法的響應時間過長,無法用在需要快速反應的環(huán)境中,而三次采樣法則由于是建立在零點漂移是均勻的假設上的。所以在電磁流量計的信號處理中必須在響應速度和信號穩(wěn)定性方法之間綜合考慮。所以,這三種方法在需要,高響應速度的環(huán)境中可能會無法很好的滿足要求,需要另外設計一種信號處理方法。
機械清除法
機械清除法是通過在電極上安裝特殊的機械結構來實現(xiàn)電極清除。目前有兩種形式:
一種是采用機械刮除器。用不銹鋼制戚一把帶有細軸的刮1刀,通過空心電極把刮1刀引出,細軸和空心電極之間采用機械密封以防止介質外,于是紺成了機械刮除器。當從外面轉動細軸時,刮1刀緊貼電極端平面轉動,刮除污垢。這種刮除器可以手動,也可以用馬達驅動細軸自動刮除。以孔板流量計為例,其流出系數(shù)公式是建立在極其豐富和充分的試驗數(shù)據(jù)基礎之上的,標準上給出的流出系數(shù)的誤差范圍:不大于0。另一種是在管狀電極中,裝上清除污垢用的鋼絲刷,軸裹在密封的“O”形圈里,以防止流體泄漏。這種清洗裝置需要有人經常拉動鋼絲屆來清洗電極。
1.空間電磁干擾
轉換器與傳感器問的電纜線較長,在較強電磁環(huán)境下,很易受到干擾,從而引發(fā)儀器測量值出現(xiàn)非線性情況,很難正常顯示。針對這種情況,首先,引入屏蔽措施,可在接地鋼管內進行電纜的單獨引入,并使用達標的屏蔽電纜;對于容積式流量計,計量腔體的變化會導致作為測量基準的容積的改變,會引起內部漏失量的變化,從而影響流量測量結果。其次,合理縮短電纜長度;再次,與強磁場保持較遠距離。
2.連接電纜問題
電磁流量應用的實質是借助特定的電纜,實現(xiàn)轉換器與傳感器的連接,形成完整的系統(tǒng),因此導體的橫截面積、電容、電纜場地等都會產生不良影響。針對該情況,首先,要保證電纜型號滿足要求,實現(xiàn)末端的有效連接,防止出現(xiàn)中間接頭現(xiàn)象;其次,控制長度范圍,通常越短越好。記錄下shou次測量的電阻值,此值對以后判斷傳感器故障原因(如沉積層是導電的還是絕緣的)是有用的。
3.接地問題
因傳感器的輸出信號很小,通常只要幾毫伏,為了提高抗干擾能力,傳感器的零電位必須單獨可靠接地,且傳感器輸出信號接地點應與被測流體電氣連接。傳感器的接地電阻應小于10Ω,在連接傳感器的管道內涂有絕緣層或采用非金屬管道時,傳感器兩側應安裝接地環(huán),并可靠接地,以使流體接地,流體電位與地電位相同。國內市場據(jù)統(tǒng)計,2005年在國內自動化儀表市場中,年銷售流量儀表達23億元rmb。
4.電極和勵磁線圈對稱點安裝點振動
電磁流量計的勵磁線圈和電極需保證對稱,一旦不對稱,生產過程中偏差就會引發(fā),測量結果很難保證準確。另外,安裝地點需達到較高的防振動標準,否則無法保證測量數(shù)值的精準性,甚至誘發(fā)儀表的不正常工作。