雙激勵電磁流量計的研究
雙激勵電磁流量計的研究
摘要：在對電磁流量計技術(shù)的不斷研究中認識到，電磁流量計傳感器具有電極與導電流體間的*關(guān)系，可以引入一個電壓激勵下的新的阻抗分壓測量關(guān)系，使電磁流量計傳感器在磁場與電壓兩種激勵下以交替方式工作，組成兩個參數(shù)的測量關(guān)系，形成一種新型的雙激勵電磁流量計。
關(guān)鍵詞：電磁流量計雙激勵電壓激勵
1引言
基于法拉第電磁感應定律的電磁流量計是一種測量精度高、應用范圍廣的流量儀表。因其*的高精度、高穩(wěn)定性、快響應、小型化等性能特點，已成為流量測量技術(shù)中使用泛、產(chǎn)品附加值的流量儀表之一，是冶金、電力、石化、食品、醫(yī)藥和環(huán)保等工業(yè)過程中最重要的自動化儀表之一，在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。
在對電磁流量計技術(shù)的不斷研究中認識到，電磁流量計傳感器具有電極與導電流體間的*關(guān)系，可以引入一個電壓激勵下的新的阻抗分壓測量關(guān)系，使電磁流量計傳感器在磁場與電壓兩種激勵下已交替方式工作，組成兩個參數(shù)的測量關(guān)系，形成一種新型
浙江省科研計劃（項目編號：2007C21055）
的雙激勵電磁流量計。雙激勵電磁流量計在原理與技術(shù)上具有解決低電導率流體流量和非滿管流量的測量困難。雙激勵電磁流量計技術(shù)將成為電磁流量計技術(shù)的新的發(fā)展空間。
2雙激勵技術(shù)的研究
目前電磁流量計傳感器是讓導電性流體在磁場激勵下流動，它的兩個測量電極間的感應電勢E與被測流體的平均流速V有如下關(guān)系：
=（1）式中：K為傳感器系數(shù)；D為測量管道的等效直徑；B為勵磁線圈產(chǎn)生的磁場激勵強度。如果按圖1電磁流量計儀表的基本工作原理關(guān)系，U是信號放大器的輸出，A是信號放大器的放大倍
UAZZEZ22100##=+，EKDBV###=對應的流速測量方程：VZZZKU22S010##=+，KAKDB1S###=當2Z0遠大于流體的內(nèi)阻Z1，KS不變時，有理想流速測量方程：VKUS#=式中KS是電磁流量計儀表的系數(shù)常數(shù)。顯然，在式（2）中，方程右邊每一項的變化都會引起儀表測量值U的改變。因此，目前的電磁流量計信號檢測與處理方法都基于兩個技術(shù)前提：
（1）假設(shè)信號放大器輸入阻抗2Z0遠大于流體的內(nèi)阻Z1；
（2）KS不變，即認為傳感器系數(shù)K、磁場強度B、管道直徑D和信號放大器增益A不變。通過基本的理論分析和實驗驗證表明，雙激勵方式下的兩個測量關(guān)系可以得出與流體和信號放大器阻抗無關(guān)的流速測量方程，并可得出流體阻抗（電導率）測量方程。這兩個測量方程使雙激勵電磁流量計在原理與技術(shù)上具有解決低電導率流體流量和非滿管流量的測量困難。在技術(shù)上，電壓激勵可以以串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式與傳感器電極及其流體組成測量回路。圖2是串聯(lián)方式的雙激勵電磁流量計結(jié)構(gòu)原理框圖。圖2中B是可控的磁場激勵，e2是可控的電壓激勵。采用兩個電壓激勵e2可以在一個電壓激勵周期中產(chǎn)生正負兩個電壓激勵，以消除電極極化問題。雙激勵電磁流量計的基本實現(xiàn)方法是分時進行定值磁場激勵B（使e2=0）和定值電壓激勵e2（使B=0），在信號放大器的輸出U可得到感應電勢E的分壓測量值UB和電壓激勵e2的分壓測量值Ue。如果信號放大器的輸入阻抗是2Z0，傳感器電極兩端的流體阻抗是Z1，信號放大器系數(shù)是A。若電壓激勵e2的內(nèi)阻可忽略，對于口徑為D的傳感器在定值磁場激勵B下的感應電勢E=K×D×B×V，則流體平均流速為V時分壓測量值UB為：UAZZKDBVZ22B100####=+磁場激勵B=0時的電壓激勵e2的分壓測量值Ue為：UAZZeZ222e1020###=+這里，雙激勵電磁流量計可以和一般電磁流量計一樣，采用正負磁場激勵和正負電壓激勵的工作方式來消除電極極化問題。在沒有電極極化時，雙激勵電磁流量計在幾十ms間的兩種激勵切換，磁場激勵B和電壓激勵e2分別作用時流體阻抗和信號放大器阻抗是幾乎不變的。這樣，聯(lián)立式（5）和式（6）就可得出與流體阻抗無關(guān)的流體平均流速值：VKUUSeB#=，KKDBe2S2###=同時，有流體阻抗值：ZUeAUZ22ee120###=-（3）（2）（4）圖2串聯(lián)方式的雙激勵電磁流量計B V E傳感器e2 e2磁場激勵控制電壓激勵控制信號放大器A UZ0 Z0（5）（6）（7）（8）對應有流體電導率S：
=（9）式中C是把電磁流量計傳感器作為測量電導池時的等效電導池系數(shù)。
上述分析表明，雙激勵電磁流量計在原理上具有兩個特點：
（1）可得出與流體和信號放大器阻抗無關(guān)的流速測量方程；（2）可得出流體阻抗（或電導率）測量方程。同樣，雙激勵電磁流量計也可用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。并聯(lián)式也有相似的流速測量方程和流體阻抗（或電導率）測量方程計算關(guān)系。
3總結(jié)
雙激勵智能型電磁流量計測量流體電導率值的分析研究與檢測方法，解決低電導率流體的高內(nèi)阻值會改變感應電勢在信號放大器內(nèi)阻的分壓值這一影響測量流體流速值的難題，實現(xiàn)雙激勵電磁流量計對低電導率流體流量測量；將雙激勵電磁流量計的液位測量值、流體感應電勢測量值與水力學的相關(guān)理論結(jié)合起來，從理論和實驗中研究液位測量值、流體感應電勢測量值與非滿管截面平均流速的關(guān)系，實現(xiàn)雙激勵電磁流量計的非滿管流量測量技術(shù)。
作者簡介：孫向東，在讀博士研究生，高級工程師，主要從事智能流量計的研究。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：
