电磁流量计励磁技术浅析

电磁流量计励磁技术浅析

    随着电子技术的发展，电磁流量计的发展经历了电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和微处理器技术五个时代。同时，电磁流量计的关键技术——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。现在分别做个介绍。

  (1)直流励磁图2．3直流励磁示意图t(S) 如图2．3所示。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，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，会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，电极问等效电阻增大，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，直流励磁在电极间还会产生波动的电化学干扰电势，此电动势信号叠加在直流流量信号中很难消除，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。此外，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，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： 

   图2．4工频正弦波励磁示意图工频正弦波励磁技术是利用工频50Hz的正弦波电源给电磁流量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。如图2．4所示。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度，而且实际中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。此外，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。虽然可以采用相敏整流、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， 导致智能型电磁流量计零点不稳定，精度难以提高。

    (3)低频矩形波励磁

   图2．5低频矩形波励磁示意图矩形波励磁技术弥补了直流励磁技术和工频正弦波励磁技术的缺点，除此之外，它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，所以矩形波励磁技术在智能电磁流量计中应用的比较广泛。如图2．5 所示。

   (4)低频三值矩形波励磁

  图2．6低频三值矩形波励磁示意图低频三值矩形波励磁技术采用了工频频率的八分之一为周期，采用正、零、负、零、正的循环规律变化的励磁波形，如图2．6所示。此项励磁技术的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，加上运用微处理器数值运算就可以消除极化电势的影响。

   (5)双频矩形波励磁

   图2．7双频矩形波励磁示意图低频三值矩形波励磁技术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变化，电磁流量传感器输出信号会出现尖峰状脉冲；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／噪声)，导致低频矩形波励磁电磁流量计输出摇摆，两者分别称为泥浆干扰和流动噪声。

    综合上述分析，要保证电磁流量计的零点稳定性，能较准确地测量液固两相导电性流体和低电导率流体的流量，进一步降低励磁功耗和实现传感器小型轻量一体化，采用较高频率的矩形波励磁，牺牲电磁流量计的零点稳定性。为了解决零点稳定性和响应速度、抗力这一突出矛盾，方案是采用双频矩形波励磁的方法，如图2．7所示，这样电磁流量计既具有低频矩形波励磁的零点稳定性较好，又具有高频矩形波励磁降低泥浆干扰和流动噪声的数量级， 获得仪表的快速响应速度，同时也进一步降低励磁功耗，提高电磁流量传感器输出信号的信噪比。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：