電磁流量計(jì)動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法存在的問題及改進(jìn)
電磁流量計(jì)動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法存在的問題及改進(jìn)
上一節(jié)詳細(xì)討論了動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法的原理以及具體的實(shí)現(xiàn)方法，理論上可以比較理想的消除極化電壓。但是，在上述動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法中， 采用反饋控制方法使控制時(shí)段的電極電勢值等于負(fù)的測量時(shí)段的電極電勢值， 調(diào)整測量時(shí)段和控制時(shí)段的時(shí)間間隔，使測量時(shí)段和控制時(shí)段的電極電勢值和時(shí)間的乘積相等，主觀上認(rèn)為可以*抑制電極上的極化電壓。但是，由于對極化電壓的原理還不是十分了解，無法確定極化電壓和反饋電壓是否*等效， 因而無法確定極化是否可以*控制住。本課題對動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)與研究。首先對基于該方法設(shè)計(jì)的恒磁式電磁流量儀表的初始零點(diǎn)的穩(wěn)定性和重復(fù)性進(jìn)行了觀察。圖4．3(a)、(b)分別為示波器記錄的該流量儀表上電時(shí)和工作兩個(gè)小時(shí)以后的靜態(tài)初始零點(diǎn)波形圖。(a)開機(jī)時(shí)初始零點(diǎn)(b)兩小時(shí)后初始零點(diǎn)圖4．3初始零點(diǎn)波形圖
從圖4．3示波器記錄的波形可以看出，該動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法的電路上電后，開始階段的初始零點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移，但是工作一段時(shí)間后，初始零點(diǎn)基本不變。因此，對極化電壓的控制要達(dá)到良好的穩(wěn)定程度，需要保證電路先工作足夠長的時(shí)間。
此外，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，每次控制流速的閥門開度調(diào)大以增大流速的瞬間， 測量顯示流速達(dá)到，在反饋控制作用下，該測量流速逐漸下降，當(dāng)流速穩(wěn)定時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間后，顯示結(jié)果基本穩(wěn)定但還是有逐步變小的趨勢。由此可以認(rèn)為該反饋測量電路有一個(gè)穩(wěn)定調(diào)整的過程，測控電路克服極化電壓的同時(shí)， 對感應(yīng)電動(dòng)勢也有較小的抑制作用。所以，該方法的流量儀表的穩(wěn)定性和重復(fù)性還不特別理想。分析其主要原因如下：
1)一般情況下，頻率越高，極化電壓被控制的越小，其靜態(tài)初始零點(diǎn)越穩(wěn)定；但是頻率過高，反饋?zhàn)饔眠^于明顯，導(dǎo)致感應(yīng)電動(dòng)勢能否真正反應(yīng)流速的變化方面存在疑問。因此，在未對極化電壓值進(jìn)行監(jiān)控的情況下，無法確定該動(dòng)態(tài)反饋極化控制電路的控制頻率的選擇，包括整個(gè)控制．測量的周期，以及控制時(shí)段和測量時(shí)段的比例，以便限度的抑制極化，并準(zhǔn)確獲得反映流量的感應(yīng)電動(dòng)勢信號(現(xiàn)在暫時(shí)用2KHz)。
2)在未對極化電壓值進(jìn)行監(jiān)控的情況下，隨著電路工作時(shí)間的延長，無法確定極化電壓是穩(wěn)定在一個(gè)固定值，還是隨時(shí)間不斷變化。而且采樣保持電路對信號的采樣和保持不精確，可能導(dǎo)致每個(gè)控制時(shí)序內(nèi)不能將極化電壓控制到零。因此，本課題又在動(dòng)態(tài)反饋控制方法的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了改進(jìn)。
4．1．3動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法的改進(jìn)
改進(jìn)后的動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖如圖4．4所示。在該動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法的系統(tǒng)中，極化電壓是直流信號，其變化相對緩慢，變化頻率與模擬開關(guān)的控制頻率以及控制．測量的頻率相比小得多。而感應(yīng)電動(dòng)勢是由于微觀粒子在洛侖茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，微觀粒子的偏轉(zhuǎn)速度極快，當(dāng)流體在管道流動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢能在瞬間就建立起來。感應(yīng)電動(dòng)勢的產(chǎn)生速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模擬開關(guān)的控制頻率。圖4-4改進(jìn)后的動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖因此，上述負(fù)反饋控制．測量時(shí)序?qū)暧^上的極化電壓有抑制作用，而對由微觀粒子的偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢并沒有影響。所以，在連續(xù)控制．測量時(shí)序的作用下，極化電壓*可以控制到某一個(gè)恒定值。而在測量時(shí)段，模擬開關(guān)斷開，電極上無反饋電壓信號，并且極化電壓還來不及變化，因此在控制極化電壓的前提下，采集電極上反映流體流量的感應(yīng)電動(dòng)勢信號。鑒于上述的結(jié)論，在圖4-4中，電極1和2上的信號S1和S2，經(jīng)過信號放大器1和2后，獲得放大后的信號M10和M20，信號中包含極化電壓和反映流量的感應(yīng)電動(dòng)勢信號。由于極化電壓是直流信號，而感應(yīng)電動(dòng)勢變化速度很快，故信號M10和M20經(jīng)過二階低通濾波器后，感應(yīng)電動(dòng)勢信號被濾除，僅剩下極化電壓信號M1 1和M21，通過A／D采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由微處理器進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，和上面利用采樣保持器獲得極化電壓值并直接進(jìn)行反饋的方法不同，本方法去掉了采樣保持電路，轉(zhuǎn)而采用標(biāo)準(zhǔn)控制電壓進(jìn)行反饋，這樣可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的功耗和成本。由于對極化電壓信號Mll和M21進(jìn)行A／D 采樣，這樣微處理器可以精確監(jiān)控極化電壓的大小和極性，動(dòng)態(tài)的調(diào)整正控制時(shí)間和負(fù)控制時(shí)間的比例，控制反饋信號的大小，從而使極化電壓穩(wěn)定在某一個(gè)固定的值，真正實(shí)現(xiàn)對極化電壓的*控制。同時(shí)，為了簡化電路和提高精度，在控制時(shí)段所加的正負(fù)控制電壓固定為某一具體值。此時(shí)，模擬開關(guān)的控制時(shí)序以及電極上的信號波形如圖4．5所示。
在圖4．5中，以電極1為例，Tal為測量時(shí)段，Ta2為控制時(shí)段，測量時(shí)段和控制時(shí)段的時(shí)間間隔均固定，它們合在一起構(gòu)成一個(gè)完整的控制．測量周期。在測量時(shí)段內(nèi)，模擬開關(guān)斷開以避免控制電壓對流量信號的測量產(chǎn)生影響，同時(shí)由于極化電壓變化緩慢，所以假定其在測量時(shí)段不發(fā)生變化。流量信號經(jīng)過一定時(shí)間Tsa達(dá)到穩(wěn)定后，A／D轉(zhuǎn)換器ADC0對電極上的流量信號V以及兩個(gè)電極上的極化電壓信號進(jìn)行采樣。微處理器對采樣所得的極化電壓信號和設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果改變模擬開關(guān)Kll和K12的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而改變控制階段正反饋電壓和負(fù)反饋電壓的作用時(shí)間，使極化電壓不斷向某一設(shè)定值靠攏，并最終穩(wěn)定在該設(shè)定值，從而消除極化電壓對流量信號所產(chǎn)生的影響。電極B上的操作和電極A同步，這樣兩個(gè)電極上的信號差分即可獲得反映流量的感應(yīng)電動(dòng)勢信號。
在對極化電壓的產(chǎn)生機(jī)理還不是非常清楚，且極化電壓的隨機(jī)性很大的情況下，改進(jìn)后的動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法，引入了對極化電壓具體值的測量和控制，使極化電壓始終保持在某一設(shè)定值，從而有效抑制了極化電壓對反映流量信號的感應(yīng)電動(dòng)勢的影響。同時(shí)去除了采樣保持器電路，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的功耗和成本，使整個(gè)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)電池供電成為可能。--擴(kuò)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(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多信息請?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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