非满管电磁流量计的实验研究

非满管电磁流量计的初步实验
    本文中提到，测量非满管流体流量需要两个参数，液位值和流速。液位值的测量由差压传感器完成。而流速信号的测量是直接反应为，对电极之间感应电动势的测量。本章对非满管电磁流量计的这两个参数进行了相关的初步实验。
    5．1差压传感器
    按照设计方案，流体的液位值通过差压传感器的输出来获得。差压传感器可以选择Druck公司的LP8000系列的高静压湿一湿微差压变送器。本文中的实验采用的流体介质均为自来水，因此，选择传感器的测量范围在1KPa内即可。该款传感器采用的是电涡流测量系统，使微位移敏感器膜片能在其弹性极限内工作良好，该敏感器可保证器高性能与长期的可靠性，在很宽的范围内也能很好的工作。它可以准确测量到满量程1KPa到1MPa的气体液体的低差压或者相对压力， 同时可以选择标准两线制电流输出(4～20mA)。现将该款差压传感器的参数列在表5．1中。表5-1差压传感器性能参数
   5．2流量实验
   5．2．1流量实验装置
    由于实验条件的限制，本文仅对流动介质是水进行了相关了实验。本论文中采用的实验装置如图5．1所示。实验装置由蓄水池、水泵、水稳压罐、标准电磁流量计、实验用非满管电磁流量计和标准计量器组成。实验装置的示意图如图5．2所示，在实验中，使用的标准电磁流量计是精度为0．5级的电磁流量计。实验中流体的瞬时流量测量范围为0～13m3／h。第3章的3．3节提到的电极信号的处理方法中，应用7乘法器提取直流分量的办法，但是由于实际电路中，乘法器的输入会受到工频干扰等，因此乘法器的输出结果受影响较大。初始实验中采用了乘法器的输入端信号，即高通滤渡的输出信号，对该信号进行采集，可以提高信噪比，数据使用Tektronix TDS 3032B 双通道数字示波器采样保存． 术稳睡撩目5l宴验装置图囤5．2实验装置示意囤
    实验用的非满管电磁流量计的实物图如图5．3所示．从该图中可以看到实验用的非满管电磁流量计的传感器和转换器两个部分咀及前后直管段的管道装置图．实际的实验装置中管道的营径是$0nun，但是由于实际加工条件的限制， 要在非满管电磁流量计的传感器中要放置3对测量电极，管径至少要做到100mm．因此，就在宴际实验的管道连接中，设计了50mm到100nun的转换连接管段，该转换连接管段的装置图如图5A所示。囤5．3非满管电磁漉量计实糟目
   5．2．2信号的FFT滤波
    由于在实验过程中硬件电路在任何一个环节都可能加入工频干扰，因此有用信号中会淹没在工频干扰信号中，使用FFT滤波1451可以干净地将干扰信号去除。下面首先给出采用示波器采集到的部分原始信号图。图5．5给出了在第2章的2．2节中提到的，反馈电阻两端的电压值昧信号图， 该信号的频率与励磁电流的频率相同，间接地反映出了励磁信号。“ 时域信号图5．5反馈电阻上的娠信号图下文将给出，在频率为5Hz的励磁电流时，小流量和大流量下信号比较图。图5．6是在励磁信号相同时，当瞬时流量为0m3／h和12m3／h，采集两个不同流量下的电压信号对比图。很明显的可以看出，随着流量从小到大，电压值也由小到大变化。且两个流量下的信号频率均与励磁信号频率相同，但是发现存在着很多干扰信号。下文中，将利用FFT滤波可以解决除了有用信号之外的干扰信号问题。流量为0m31h下的时域信号o o 2 o 4 o 6 08时靓1 2 1 4 1 6 1 8 2 流量为1297m3th下的时域信号o o 2 o 4 o 6 o 8州‰1 2 1 4 1 5 1 8 2 圈5．6相同励磁电流，不同瞬时漉量下的电压信号对比田实验用的励磁信号的频率为5Hz，电极测得的感应电动势信号频率应该也是5Hz，FFT的保留信号的频率范围选取的范固是1～10Hz。下面将给出非满管电磁流量计在满管情况下，对电极在瞬时流量为11 05m3／h时的FFT滤波前后的信号。下图5 7所示的为FFT滤波前的信号和原始振幅谱，田5．8所示的是FFT滤波之后，经过[FFT的时域信号圉和振幅谱。从图510中可以看出信号在进行FFT滤波前，夹杂着很多的干扰信号，经分析，干扰信号的主要成分是工频干扰，从该副图中的不同频率信号的振幅谱， 也可以看出，在50Hz的地方有振幅，也说明7干扰信号主要是王频干扰。尽管在示波器采样的前一级已经经过了硬件的低通滤波． 从图5．11的FFT滤波之后退回到时域中的信号可以看出，干扰信号已经全部被滤掉，并且波形没有出现较大的失真，保留了有用信号．同时，观察圉5 10 和图s IlFFT滤波前后的振幅诺，可以得到结论是，滤最前后有用信号的振幅并没有改变，很稳定，两者是相同的。因此，也验证了流速实验中使用FFT滤波后的有用信号的振幅作为实验分析数据是可行并可靠的。原始时域信号时间，s 原始振幅谱频率／Hz 图5．7 FFT滤波前的原始信号和振幅谱滤波后的时域信号时间，s 频率／I-Iz 图5．8 FFT滤波后的时域信号和振幅谱
    5．2．3三对电极的满管实验
    下面将给出每对电极的三次实验结果，图5．9至图5．14中的1st表示为次实验结果，2nd为表示第二次实验结果，3rd表示为第三次实验结果。每一次￡覃lH脚的实验结果由三次连续采样的平均值求得，第二次实验数据在次实验结束后5分钟进行采集，第三次实验数据在第二次实验结束后5分钟进行采集。图5．9，5．10和5．11分别是对电极，第二对电极和第三对电极的三次实验结果图，表征了瞬时流量与FFT滤波后的有用信号的振幅(图中的纵坐标电压值)之间的关系。图5．9对电极瞬时流量值与电压值实验结果关系图图5．10第二对电极瞬时流量值与电压值实验结果关系图图5．11第三对电极瞬时流量值与电压值实验结果关系图从图5．9至图5．11中，可以看出每一次的实验数据重复性良好，但是低流量下的电压值影响了整个流量范围下瞬时流量值与电压值之间的线性度。影响这一结果主要是由于，流量实验室中的管径为50mm，流量范围为O～13m3／h，但是本文中设计的非满管电磁流量计的测量管管径为lOOmm，测量管管径扩大了一倍，相当于在同一时刻，管径lOOmm中流体的流速为管径50mm中流体流速的1／4。因此，低流量情况下带来的低流速难以测量准确，误差较大，该问题导致了上述实验结果图中数据点的线性度不好。鉴于低流量情况下造成的误差，下图5．12至5．14中，去除了低流量下的几个实验数据，再进行线性拟合，线性拟合的结果如表5．2所示。图5．12对电流量下流量与电压值的拟合结果图5．13第二对电流量下流量与电压值的拟合结果图5．14第三对电流量下流量与电压值的拟合结果通过观察图5．12至5．14以及表5．2，从中可以看出，去除了低流量下的几个实验数据，再进行线性拟合，线性度较好，比较每对电极的3次实验，还可以发现，第二次实验与第三次实验的线性拟合结果较之次实验的线性拟合结果， 重复性更好，这主要是由于次实验在每一个不同流量下进行数据采集时，瞬时流量的稳定性不好，影响了流速的分布，而后面两次实验的数据采集均是经过了5分钟和10分钟的间隔，这个时候的流体稳定性较好，因此，这两次实验结果的重复性也较好。
    5．2．4三对电极的非满管实验
    本文在不同液位值和流量下，用该实验装置进行了初步的非满管实验。实验结果如下表所示。表5．3三对电极非满管实验结果液位(mm) 测量的瞬时流量值(m3／}1) 标准表瞬时流量(m3／11) 误差42．7 2．15 2．1 2．59％ 55．7 2．0l 2．57 ．21．63％ 60．6 3．42 3．1 10．63％ 69．3 2．5 2．98 —15．94％ 72．9 4．11 3．45 19．18％ 75．5 3．32 3．33 ．0．28％ 79．9 3．52 3．72 ．5．74％ 84．9 3．93 4．1 -4．25％ 90．7 4．74 4．52 4．81％ 96．3 4．76 4．94 ．3．6l％ 99．7 5．28 5．35 ．1．14％ 从上述的实验结果中，可以看出，在流量和液位值相对都比较小的情况下， 测量误差较大，随着液位值和流量的变大，测量误差值明显减小。从标准表的流量值，可以看出，该非满管实验是在小流量下完成的。在现在的实验条件下，加大流量到和满管实验中测量的流量一样大时，非满管条件很难成立，因此，实验不得不在小流量情况下完成。前面已经提到了在小流量的情况下，流体的流速较小，且流体在非满管的情况下，流速分布不会对称，和理想情况下满管的流速对称分布不一致，这样会导致测量的不准确。而随着流量的加大(即，流速的提高)和液位值变大，流体状态越来越接近与满管，测量效果也相对变得较好。
    5．3本章小结
     本章进行了非满管智能电磁流量计的初步实验，包括液位标定实验、满管状态和非满管状态下的多电极对的实验测量结果和分析。实际测得的液位值拟合的直线与理论相比，线性度较好，符合理论结果。流体为满管状态下，对多对电极的实验表明，每对电极的线性度拟合度和重复性均较好；而流体在非满管状态下的实验表明，小流量和液位值较小时，实际对非满管流动状态下的实验结果误差较大， 在流量值和液位值较大的情况下，实验测量结果与理论值的误差相对较小，初步证明了该非满管电磁流量计的有效性。--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：