弧状电极電磁流量計测量系统设计
發布日期:2019-04-01 15:03
1.概述
電磁流量計作爲一種基于法拉第電磁感應定律測量導電流體速度的感應式儀表,其測量結果與被測流體的工作壓力溫度、密度以及黏度等物理參數無關,而且測量部分沒有活動部件和阻礙流體流動的擾動件,具有工作可靠精度高、壓力損失小以及反應靈敏等特點,因此在工業生産中得到了廣泛的應用。在單相流體參數檢測中,電磁流量計一般采用點狀電極形式,適用于管道流體速度分布呈軸對稱情況,否則會引起測量誤差2。爲降低流速分布對測量結果的影響,可采用弧狀電極形式的電磁流量計3-4。爲實現管道流體速度參數的檢測,並降低流體速度分布對測量結果的影響,筆者設計了基于弧狀電極電磁流量計的流體參數測量系統。

2.系統結構
弧状电极電磁流量計流体参数测量系统主要包括感应电压检测模块、信号处理模块以及PⅪI模块3个部分如图2所示。
2.1感應電壓檢測模塊
感應電壓檢測模塊主要由勵磁電路和弧狀電極傳感器組成,其中勵磁電路用來在流體測量區域産生盡量均勻的磁場分布,而內嵌在管道內壁與流體接觸的弧狀電極傳感器則負責拾取帶有流體速度參數的感應電壓信號。爲在流體測量區域産生盡可能均勻的磁場,勵磁線圈采用馬鞍形線圈。在勵磁系統設計中,鐵芯可以提供磁通路徑,從而改變磁場分布,並加強磁感應強度。同時,爲降低鐵芯渦流損耗以及增加磁路導磁系數,鐵芯采用表面塗有絕緣漆的薄矽鋼片疊加而成。在鐵芯上套上馬鞍形線圈即組成勵磁系統。直流勵磁使得弧狀電極拾取的感應電壓中存在極化電壓信號,而交流勵磁則會引起的正交幹擾和同相幹擾。因此,爲克服直流勵磁和交流勵磁存在的缺點,設計采用在線圈中施加頻率∫=6.25Hz的低頻矩形波勵磁方式。勵磁電路主要包括AD620和AD71組成的壓控電流源電路和三極管9013和9012組成的互補對稱推挽型功率放大電路,如圖3所示,模擬電壓信號由PXI模塊的模擬信號輸出端給出。
2.2信號處理模塊
電極之間的感應電壓是非常微弱的交變信號,而且包含各種噪聲幹擾信號,因此爲有效采集感應電壓信號,檢測信號必須進行信號處理。信號處理模塊主要包括等電位屏蔽電路、前置放大電路、濾波電路、可編程放大電路以及采樣保持電路幾個部分。爲保證外部電磁場不對傳輸信號的信號線産生幹擾,采用屏蔽電纜輸出電極上的微弱信號。然而在屏蔽電纜屏蔽層和信號線之間存在著分布電容和分布電阻,其中分布電容一般高于放大器輸入電容,分布電阻幾乎等于放大器輸人電阻,這給信號的檢測帶來很大的影響。采用等電位驅動屏蔽電纜電路可以避免屏蔽電纜分布電容和分布電阻影響,如圖4所示,此時,屏蔽電纜信號線電壓等于屏蔽層電壓,即屏蔽電纜分布電容和分布電阻上電流爲0,不會影響屏蔽電纜信號線上的電極輸出信號。
前置放大電路將電極之間的微弱信號進行放大處理。當管道流體電導率在10~106S/m變化時,檢測信號內阻範圍爲十幾Ω到十幾M2,因此爲提高測量精度,前置放大電路的輸入阻抗必須遠大于檢測信號輸出阻抗,即必須具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移和非線性度小等特點。按照微弱信號放大器設計原則,前置放大增益不宜設置得太高,否則不利于後級電路對噪聲幹擾處理。采用低功耗高精度AD620實現微弱信號的前置放大設計,如圖5所示,通過調整電阻R1完成即可設置增益範圍爲1~10000倍的調整。
經前置放大電路後,電極之間的電動勢由差動信號變爲單端信號。因測量電路存在噪聲幹擾,前置放大電路輸出信號中存在直流偏置和基線漂移,同時還存在高頻尖峰噪聲,因此需采用濾波電路對雜散信號進行抑制。設計采用具有低輸入失調電壓、低輸入偏置電流、高開環增益和高共模抑制比的OP07組成二階壓控電壓源型高通濾波(截止頻率0.034Hz)和低通濾波(截止頻率72Hz)級聯電路。濾波電路輸出信號幅度較小,因此需經次級放大電路提高增益。設計采用可編程儀表放大器PGA202與PGA203組成的級聯放大電路,如圖6所示。通過控制引腳D3、D2、Dl、DO可實現信號1~8000放大倍數的調節,TL控制電平D3、D2、D1、D0由PXI模塊的數字邏輯輸出端給出。
采樣保持電路實際是一種模擬信號存儲器,其開關通斷通過數字指令控制,從而完成輸入信號瞬時值的采樣及存儲。圖7所示爲集成芯片LF398組成的采樣保持電路,該電路具有采樣速度快、保持下降速度慢、抗幹擾能力強和不易受溫度影響等特點,其邏輯電平輸人與TI相連。當TTL爲高電平時,對輸入信號進行采樣;當TIL爲低電平時,對輸入信號進行保持。
2.3 PXI模块
在弧状电极電磁流量計流体参数测量系统设计中,信号的采集与控制采用PXI模块实现。PXI是由N公司发布的基于PC的测量和自动化平台,结合了PCI的电气总线特性、 CompactPCI的模块化和坚固性及 Eurocard机械封装特性,从而成为自动化和测量系统的高性能低成本运载平台。PXI模块通常包括机
箱、系統控制器和外設等部分。設計中采用PXI1042Q作爲主控機箱,PXI-8106雙核嵌入式控制器作爲系統控制器,高速多功能數據采集卡PXI6251作爲外設模塊。其中,PⅪI6251可以輸出2路16位模擬信號,更新速度爲2.8MS/s;具有24路數字TTL輸入輸出控制;可進行16路16位的模擬信號采集,單通道采集頻率爲1.25MS/s。設計中采用圖形化語言LabVIEW8.5進行PXI模塊的設計,主要是輸出1路低頻方波電壓信號、1路數字脈沖信號、多路數字TTL電平信號並完成信號的采集和保存等。
 
3.實驗結果
弧状电极電磁流量計单相流测试实验在水流量标准装置进行。考虑到管道流体流速范围较低,因此采用静态质量法(称重法)以提高测量精度。由于称重器的量程影响称重时间的长短,为保证称重精度,实验中使称重器工作在满量程的60%以上,并且ZUI短称量时间应大于30s单相流实验测试平台如图8所示。
 
4.結束語
爲研究管道中流體速度參數,設計了弧状电极電磁流量計流体参数测量系统。系统主要包括感应电压检测模块、信号处理模块以及PⅪI模块3个部分。其中,感应电压检测模块提供了励磁磁场,当流体在管道流过时在弧状电极上得到感应电压;信号处理模块包含了感应电压信号的等电位屏蔽、放大、滤波以及采样保持等处理;PX模块输出1路低频方波电压信号、1路数字脉冲信号、多路数字TTL电平信号并完成信号的采集和保存。通过在水流量标准装置上进行的单相流测试实验表明,弧状电极電磁流量計的感应电压与流体速度之间存在很好的线性关系,从而可以通过测量电极之间的感应电压对流体速度进行计算。

文章信息归江蘇創輝自動化儀表有限公司所有
/view-663-1.html 轉載請注明出處
相關欧美成推薦: 衛生型電磁流量計 分體式電磁流量計 插入式電磁流量計 汙水電磁流量計 防腐型電磁流量計 電磁流量計 不锈钢電磁流量計 電池供電電磁流量計 智能電磁流量計
隨機欧美成: 電磁流量計中的抗工频干 一種智能自充電式電磁流 電磁流量計的防雷事项 GS9校驗程序替代電磁流量 不能正確地使用電磁流量 電磁流量計变送器的种类 電磁流量計现场显示有波 基于ARM的智能電磁流量計 電磁流量計检定中不容忽 研究在不影響流量測量性
  • 質量精美
    做工精細,品質保證
  • 物流代收
    代收貨款,見貨打款
  • 款到發貨
    款到發貨,快递到达
  • 維修保證
    服務保證,質保一年
  • 無憂換貨
    質量問題,7日包換
  • 量多優惠
    质优价廉,量多優惠