電磁流量計空管檢測技術的設計研究

資料提供：上海大學機電工程于自動化學院 .曹金亮  李斌    編輯供稿：金湖聯儀自控設備有限公司

【引言】隨著電磁流量計技術及其產品的日益完善，電磁流量計被廣泛地用于滿管流量測量I H時也較多的被應用于一些時有非滿管狀態的流最控刪上。因此希望電磁流量計能具有良好的空管檢測能力以降低管道配置的復雜性，空管檢測技術也因此成為當前電磁流最計技術的研究內容之一。
    電磁流量計是基于法拉第電磁感應原理工作的.其測量方程川是建立在流體滿管于測量管道的條件之下的.顯然用常規的電磁流且計技術解決槍側空管問題比較困難.在實際流量控制中主要是解決傳感器處于空管狀態下的流最值閉鎖問題‘”，具體的是指當傳感器電極部分或全部處于從流休中裸雌出來時系統應及時檢測到這一狀態并使流徽值為零。本文就是研究這樣的空管檢側問題。
    沈水安等川研究了基于空間電場干擾下信號分析的空管檢側方法。并提出了空間電場干擾使信號飽和狀態時的空管檢側技術。蔡武昌等L4J研究了國內外一些產品采用的基于附加激勵的相對電導率檢側方法.有產品說明‘i]指出由于附加了激勵.該方法對流體電導率有大于20its/cm的條件.文中通過試驗和空管狀態的等效模I'!分析發現，空竹狀態F干擾幅值具有一些不確定性，附加激勵的相對電導率檢測方法的檢測分辨力對信號電纜長度敏感。文中摧于流最信號中干擾的輻值變化，結合電磁流&t計特有的信號處理方法151探討了空管狀態下的信號特點.研究了在不影響流量測最性能前提下的空管檢側方法，同時給出了相關的實現技術。

2.1 空管狀態的信號等效模型研究
  由電磁流量計（兩電極）傳感器與信號放大器組成如圖1所示信號測量關系。其中s1、s2分別為兩個電極，其等效原理如圖2所示。電路為對稱結構，圖中e1和Z1分別是傳感器的流量信號和對應的流體阻抗，Z0為放大器的輸入阻抗

在通常情況下，傳感器系統和信號放大部分不能做到完全屏蔽，這樣電磁流量計電極的輸出信號中除了流量信號外還將疊加由空間電磁場造成干擾。圖3是考慮干擾時的等效原理圖，其中e1、z1和z0的含義與圖2所示相同，e2為空間電場在電極上產生感應電勢的干擾，Z2為干擾e2的等效內阻阻抗。

在傳感器滿管情況下，應有Z0≥Z1，Z0≥Z2。對應流量信號e1和干擾e2在放大器形成輸入信號V: 

    對于工頻電網產生的空間干擾電磁場來說，干擾源可等效為近場的感應電場干擾，可視為一個高阻抗干擾。因而在滿管情況下有Z2≥Z0.即

    考慮空管時e1=0，空管狀態下Z1和Z2可視為等量大阻抗。V可簡化為：

     e2的大小與傳感器的屏蔽狀況有關。
     基于上述模型分析，進行了相應的空管試驗。

1.2 空管試驗

    圖4是空管試驗的原理圖，試驗條件如下：
    傳感器直徑50㎜（電極直徑為1cm），流體用電導率約為660us/cm的自來水，信號線長度約20m，電極與屏蔽線之間的電容2000pF，信號放大器滿幅輸出電壓正、負均約為15V，放大倍數2000、共模抑制比80dB、輸入阻抗10GΩ，具有自動調零功能。勵磁電流120mA，勵磁方式為勵磁頻率為工頻（50Hz）10分頻的恒流雙向勵磁。
空管試驗以滿管開始下降液位，得出如圖4所示的滿管、A水位、B水位和C水位四個狀態的輸出信號U。圖5～10給出了所得到的各個狀態信號輸出的波形。

作者：金湖聯儀@流量計修訂1.0 2011-06-23

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