電磁流量計(jì)動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法
電磁流量計(jì)動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法
本課題提出了動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法，即采用對(duì)每個(gè)電極進(jìn)行周期性的測量時(shí)段與控制時(shí)段相交替的工作方式，使每個(gè)周期內(nèi)控制時(shí)段的電極電勢總值等于負(fù)的測量時(shí)段的電極電勢總值，從而有效地消除電極信號(hào)中的極化電壓， 把極化電壓控制在某一穩(wěn)定的值，并可直接從兩個(gè)電極電勢信號(hào)的差值得出反映流體流速的感應(yīng)電動(dòng)勢值。從而使永磁式電磁流量計(jì)應(yīng)用于一般導(dǎo)電性液體流量的測量成為可能，并可充分發(fā)揮恒磁式電磁流量計(jì)的高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和低功耗的特點(diǎn)。
本課題設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖如圖4．1所示【l舅。在電極1和2上分別連接模擬開關(guān)K1和K2，和測控單元1和2一起，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)電極進(jìn)行周期的測量時(shí)段和控制時(shí)段交替工作方式，并使每個(gè)控制時(shí)段的電極電勢值等于負(fù)的測量時(shí)段的電極電勢測量值；采用信號(hào)后處理單元將兩個(gè)電極信號(hào)Sl、S2作為輸入，求得反映流體流速值的感應(yīng)電動(dòng)勢。圖4．1所示，在直徑為D的圓形測量管道中的流體有流速V，兩個(gè)相距D 的電極l和2，在垂直電極方向上放置兩塊相互平行的永磁體，在流體中產(chǎn)生恒定磁場B；電極1和2的空間連線、恒定磁場B和流速V三者間兩兩相互不平行；永磁體產(chǎn)生的恒定磁場B、流體及其流速v使電極1和2上分別有信號(hào)S1和信號(hào)S2，信號(hào)S1中包含由流體流速V產(chǎn)生的感應(yīng)電勢El和由電極1表面產(chǎn)生的極化電勢P1，信號(hào)S2中包含由流體流速V產(chǎn)生的感應(yīng)電勢E2和由電極2表面產(chǎn)生的極化電勢P2。圖4．1 動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，信號(hào)S1中的感應(yīng)電勢E1與信號(hào)S2中的感應(yīng)電勢E2的差值E=E1--E2=K×B×D×V，K是一個(gè)可確定的系數(shù)。其特征在于兩個(gè)測控單元的輸入分別相應(yīng)的連接兩個(gè)電極1和2，輸出連接開關(guān)K1和K2 的一端，開關(guān)的另一端又連接到對(duì)應(yīng)的電極上。開關(guān)K1周期地在TIO時(shí)間段和T11時(shí)間段分別處于斷開狀態(tài)和閉合狀態(tài)，使測控單元1以T10時(shí)間段和Tll 時(shí)間段為周期對(duì)電極1上信號(hào)S1進(jìn)行測量和控制，為保證電極1上信號(hào)S1的周期電勢和為零，測控單元1使電極1上信號(hào)Sl有Tll×SI=--T10X SAI，SAl 是測控單元1在T10時(shí)間段對(duì)電極1上信號(hào)S1的測量值。同理，開關(guān)K2周期地在T20時(shí)間段和T21時(shí)間段分別處于斷開狀態(tài)和閉合狀態(tài)，使測控單元2以T20時(shí)間段和T21時(shí)間段為周期對(duì)電極2上信號(hào)S2 進(jìn)行測量和控制，為保證電極2上信號(hào)S2的周期電勢和為零，測控單元2使電極2上信號(hào)S2有T21×S2=--T20XSA2，SA2是測控單元2在T20時(shí)間段對(duì)電極2上信號(hào)S2的測量值。信號(hào)Sl和S2放大后的值作為信號(hào)后處理單元的輸入，來分析得出流體流速V。
上面所述的測控單元1和2由放大系數(shù)分別為A10和A20的信號(hào)放大器、由時(shí)序H10和H20操作的具有放大系數(shù)All和A21的采樣保持器、加法器、具有放大系數(shù)-A12和．A22的反向放大器和時(shí)序發(fā)生器組成。電極1上信號(hào)S1 經(jīng)放大后輸出M10=A10×S1，M10連接到采樣保持器1的輸入和加法器1的一個(gè)輸入，采樣保持器1的輸出M1I=A10XAll×Sl，Mll連接到加法器1的另一個(gè)輸入，加法器1的輸出M12=M10+M11，M12連接到反向放大器1的輸入， 反向放大器1的輸出M13=--A12×M12，M13連接到開關(guān)K1的一端，開關(guān)K1的另一端連接到電極1；時(shí)序發(fā)生器1以TIO時(shí)間段和Tll時(shí)間段為周期產(chǎn)生時(shí)序H10和時(shí)序H11。同理，電極2上信號(hào)S2經(jīng)放大后輸出M20=A20×S2，M20連接到采樣保持器2的輸入和加法器2的一個(gè)輸入，采樣保持器2的輸出M21=A20×A21× S2，M21連接到加法器2的另一個(gè)輸入，加法器2的輸出M22=M20+M21， M22連接到反向放大器2的輸入，反向放大器2的輸出M23=--A22×M22， M23連接到開關(guān)K2的一端，開關(guān)K2的另一端連接到電極2；時(shí)序發(fā)生器2以T20時(shí)間段和T21時(shí)間段為周期產(chǎn)生時(shí)序H20和時(shí)序H21。時(shí)序H10、Hll和H20、H21的時(shí)序波形如圖4．2所示。時(shí)序H11，時(shí)序1-121 根據(jù)圖4-2所示的時(shí)序發(fā)生器波形，圖中時(shí)序H10=H20，時(shí)序H1l=H21。以電極l為例，使測控單元1和開關(guān)KI進(jìn)行如下測量與控制的步驟： (a)在T10．時(shí)間段，電極1上信號(hào)S1有Sl=S1(T10)，時(shí)序發(fā)生器1產(chǎn)生的時(shí)序Hll使開關(guān)1的兩端處于斷開狀態(tài)，即反向放大器l的輸出M13與電極1斷開：時(shí)序發(fā)生器1產(chǎn)生的時(shí)序H10使采樣保持器l由保持狀態(tài)進(jìn)入采樣狀態(tài)后再進(jìn)入保持狀態(tài)，采樣保持器1在采樣狀態(tài)有輸出M1I=A10XAll XSl(T10)，采樣保持器1進(jìn)入保持狀態(tài)后輸出Mll=A10XAll×SAl， SAI=S1(T10)是信號(hào)S1在T10時(shí)間段的值； (b)在T11時(shí)間段，時(shí)序發(fā)生器1產(chǎn)生的時(shí)序Hll使開關(guān)1的兩端處于閉合狀態(tài)，即反向放大器l的輸出與電極1連接，測控單元1對(duì)電極l上信號(hào)S1 進(jìn)行反饋式控制，在Tll時(shí)間段中使SI=S1(T11)，其中SI(T1 1)：一—A10xA—ll x A12×SI(T10)， 1+A10×A12 再使A10×A12遠(yuǎn)大于1和Tll×A11_T10，有S1(T11)=--All×SI(T10)， 保證了電極1上信號(hào)S1在一個(gè)周期內(nèi)的電勢總值為零，即滿足Tll× S1(T11)=--T10×Sl(T10)； (c)測控單元1與開關(guān)Kl對(duì)電極1上信號(hào)S1進(jìn)行上述周期的測量與控制。同理，測控單元2與開關(guān)K2對(duì)電極2上信號(hào)S2進(jìn)行相同的周期測量與控制方法，使電極2上信號(hào)S2在一個(gè)周期內(nèi)的電勢總值為零，即滿足T21× S2(T21)=一T20×$2(T20)。圖4—2中的信號(hào)后處理單元將測控單元1中的M10=A10×S1和測控單元2 中的M20=A20×S2作為輸入，信號(hào)后處理單元進(jìn)行如下信號(hào)處理步驟： (a)將M10和M20加權(quán)相減后得到M0，有： Mo=M10×W1一M20×W2=A0×(S1一s2)，其中，A10×W1=A20×W2 iA0： (b)根據(jù)電極1上信號(hào)S1和電極2上信號(hào)S2中的周期電勢和為零，使信號(hào)S1 中的極化電勢P1和信號(hào)S2中的極化電勢P2趨于零。即有： M0=A0×(sl--S2)=A0×(El--E2)=A0×KXB×DXV=A0×K0×V， 其中，K0是電磁流量傳感器的一個(gè)系數(shù)。即可推算出流體流速V： V= MO MO A0×K×B×D A0×K0
上述動(dòng)態(tài)反饋極化控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，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，并將這種對(duì)電極的測量和反饋控制周期性的進(jìn)行，基本上抑制了電極信號(hào)中的極化。從而可直接從兩個(gè)電極信號(hào)的差值直接推算出流體流速V，使恒磁式電磁流量計(jì)應(yīng)用于一般的導(dǎo)電性流體的測量成為可能。--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(qǐng)?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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