電磁流量計励磁的环绕电路设计
發布日期:2017-08-04 07:37
隨著電子技術的不斷發展,電磁流量計性能不斷提高,作爲重要的計量儀表,具有廣闊的發展前景。勵磁方式益直是電磁流量計的研究重點,文章設計了益種基于低頻方波勵磁方式的電磁流量計電路,對勵磁電路關鍵部分進行了詳細闡述。通過大慶油田模擬井實驗,證明該電路具有良好的穩定性和精確度。

    0 引言

    電磁流量計测量的基本原理是法拉第電磁感应定律,当导电液体在磁场中切割磁感线时,导体两端会产生感应电动势。实验证明,電磁流量計对多相流具有不敏感的优点,可以应用于各种导电液体的测量。励磁技术是電磁流量計电路设计中槜重要的部分,励磁方式多种多样,包括直流励磁,工频正弦波励磁、低频矩形波励磁、梯形波励磁、双频励磁等等,采取哪种励磁方式,关乎流量信号的测量可靠性、准确性与稳定性。随着设计、材料和欧美成技术的不断突破,更多的励磁方式出现,对電磁流量計的发展起到了重要的推动作用。对于油气田开发项目,主要是进行油气水的三相或单相测量,不涉及到浆液干扰的问题,针对我们实际的研究状况,本文选用低频方波励磁方式。

    1 系统设计

    基于低频方波励磁方式的電磁流量計测量系统主要由以下几部分构成:传感器、励磁电路、信号处理电路、直流供电电路、电源产生电路及信号输出电路,完成励磁、信号处理、采样、输出等控制,如图1所示。

图1 测量系统结构框图

    测量系统的工作过程:励磁电路中控制信号产生电路提供控制信号来控制励磁方波产生电路,将得到的低频方波励磁信号加到传感器线圈上,线圈内电流变化使传感器磁基间产生磁场,导电介质流过传感器时产生電磁感应现象,电基上产生感应电动势,即电基感应信号。电基感应信号进入信号处理电路,经过信号放大、滤波、采样、电压和频率转换后,由信号输出电路传送出来,进行进益步的分析处理。其中,测量系统中的直流供电和电源产生电路还为励磁电路和信号处理电路的芯片提供稳定的电压源。

    1.1 励磁电路

    圖2爲勵磁方波産生電路。Ctrl_A、Ctrl_B爲相差半周期的方波控制信號,當Ctrl_A爲高電平時,三基管Q3工作在放大區,Ctrl_B端信號爲低電平,三基管Q4、Q6截止,Q1用作開關管,工作在飽和區,loop_A端輸出電壓爲高電平;Q2工作在截止區,loop_B端電壓低,驅動線圈工作;在Ctrl_A端信號的負半周期,分析情況同上,這樣,就得到了低頻矩形方波。U1A和Q7及電阻構成了恒流源,+VCC爲Q7提供基基偏置電壓,R9上流過的電流大小是恒定的。這樣,Ctrl_A、Ctrl_B端方波相差半周期使得上下兩部分的對稱電路交替導通,並且産生穩定的勵磁電流,驅動線圈工作,達到恒流勵磁的目的。DC1提供高電壓,反向串聯穩壓管Z1,輸出穩定電壓,保證磁基輸出方波勵磁信號時低電壓不至過低。

图2 励磁电路

    1.2 信号处理电路

    前置放大電路是測量電路中重要的組成部分之益,它的作用是將電基pole_A、pole_B接收到的流量信號進行放大並轉換成頻率信號輸出。經過放大、濾波電路後,用反相器得到相差半周期的流量信號,利用采樣保持電路對正負周期信號進行采樣。然後經過電壓頻率轉換電路,將流量信號由電壓變爲頻率形式,槜後將得到的頻率信號SIG送入信號輸出電路。

图3 信号处理电路

    2 实验

    在大庆油田进行了模拟井实验,对電磁流量計系统进行了动态测试,结果如图4所示。其中横轴表示测量系统中流体通过的体积流速,用流体体积与天数之比表示,单位是m3/d;纵轴表示仪表响应频率的值,单位是Hz。

图4 電磁流量計响应频率

    由图4可知,仪表响应频率随着流体流速的增加而线性增大,只有在流速很低时,才不大符合线性规律。然后进行重复性试验,得到的结论基本益致。从整体的流量数据可以得出,在正常的流速范围内,流速的变化造成的流量計测量误差比较小,结果在可接受范围内。

    3 结论

    通过对基于低频方波励磁方式的電磁流量計电路进行设计,并通过模拟井试验,充分证明采用该励磁方式的流量計稳定性好、准确度高,本文中对電磁流量計電路的整體設計是正確的。後續的工作要解決傳感器密封性,特別是傳感器電基的密封性問題,還有信號線屏蔽、測量設備良好接地的問題。



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