電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式及特點(diǎn)
發(fā)表時(shí)間:2017-07-13 17:09:18 瀏覽次數(shù):759
?電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式即產(chǎn)生一個(gè)滿足測(cè)量要求的恒定均勻磁場(chǎng)的方式,它是電磁流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一,決定著電磁流量計(jì)的抗干擾能力和零點(diǎn)的穩(wěn)定性,同時(shí),不同的勵(lì)磁方式也代表著不同時(shí)代電磁流量計(jì)的特征和技術(shù)的進(jìn)步。
直流勵(lì)磁
電磁流量計(jì)在法拉第時(shí)代就采用直流勵(lì)磁技術(shù),它是利用永磁體或者直流電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電,以形成恒定的直流磁場(chǎng)。直流勵(lì)磁技術(shù)具有方法簡(jiǎn)單可靠、受工頻干擾影響很小、流體中的自感現(xiàn)象可以忽略不計(jì)等特點(diǎn)。但也存在如下問(wèn)題:
直流磁場(chǎng)所感應(yīng)的直流信號(hào)電壓,容易使流過(guò)測(cè)量管的電解質(zhì)液體極化,電極上得到的是極化電壓和信號(hào)電壓的合成信號(hào),極化電壓隨溫度變化發(fā)生漂移,極難分離;
隨著時(shí)間的延長(zhǎng),電極處聚集的離子層不斷加厚,引起電極間內(nèi)阻增加,流量信號(hào)減弱,即使電極采用極化電勢(shì)很小的鉑、金等貴重金屬或其合金材料,常常也存在微弱的極化電勢(shì),同時(shí)儀表的制造成本也較高;
直流放大器的零點(diǎn)漂移、噪聲和穩(wěn)定性問(wèn)題難以獲得很好解決,特別是在小流量測(cè)量時(shí),信號(hào)放大器的直流穩(wěn)定度難以保證。
如今直流勵(lì)磁技術(shù)僅在原子能工業(yè)中用于電導(dǎo)率極高,而又不產(chǎn)生極化效應(yīng)的液態(tài)金屬流量的測(cè)量。
交流勵(lì)磁
交流勵(lì)磁是20世紀(jì)50~80年代的主要?jiǎng)?lì)磁方式,它利用工頻(50Hz)電源給電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組供電,其主要特點(diǎn)如下:
所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為正弦波交變磁場(chǎng),能夠基本上消除電極表面的極化現(xiàn)象,大大降低直流干擾漂移對(duì)測(cè)量的影響;
流量信號(hào)為工頻正弦波信號(hào),易于放大處理;
勵(lì)磁頻率高,測(cè)量反映迅速,適用于測(cè)量漿液和脈動(dòng)流。
交流勵(lì)磁也會(huì)帶來(lái)一系列的干擾:
因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的正交干擾,該干擾信號(hào)相位比流量信號(hào)滯后90°;
勵(lì)磁信號(hào)頻率越高,正交干擾越大,并且,正交干擾與流量信號(hào)無(wú)關(guān),即使流量為零,該干擾依然存在;
電磁感應(yīng)產(chǎn)生的同相干擾,該干擾信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)電極上,頻率和相位與流量信號(hào)一致,幅度大小與流量無(wú)關(guān),與勵(lì)磁頻率的平方成正比;
由于交流勵(lì)磁的電磁感應(yīng),磁路、測(cè)量管和流體將產(chǎn)生渦流損失和磁滯損失,儀器功率損耗增加。
低頻矩形波勵(lì)磁
隨著20世紀(jì)70年代集成電路和同步采樣技術(shù)的發(fā)展,技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,直到今天仍然在電磁流量計(jì)中廣泛使用。為了抑制工頻干擾,低頻矩形波勵(lì)磁它的頻率通常為工頻的偶數(shù)分之一(一般為1/2到1/32),在半個(gè)同期內(nèi),磁場(chǎng)是一恒定的直流磁場(chǎng),從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看,又是一個(gè)交變的磁場(chǎng),是兼顧直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁兩者優(yōu)點(diǎn)的技術(shù),其主要特點(diǎn)有:???
能消除直流勵(lì)磁引起的極化現(xiàn)象;
能避免正弦波交流信號(hào)帶來(lái)的正交干擾;
能抑制交流磁場(chǎng)在管壁和流體內(nèi)產(chǎn)生的渦電流;
基本消除分布電容引起的工頻干擾。
三值低頻矩形波勵(lì)磁
三值低頻矩形波勵(lì)磁和低頻矩形波勵(lì)磁一樣,零點(diǎn)穩(wěn)定性交好了,但響應(yīng)速度變慢;另外測(cè)量漿液性流體時(shí),會(huì)產(chǎn)生漿液噪聲,使輸出大幅波動(dòng),該尖狀干擾噪聲與勵(lì)磁頻率成反比。
三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)是在低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)的基礎(chǔ)上,為了使電磁流量計(jì)更穩(wěn)定而提出的一種勵(lì)磁技術(shù),其最大的特點(diǎn)就是過(guò)零時(shí)動(dòng)態(tài)校正零點(diǎn),有效地消除了流量信號(hào)的零點(diǎn)噪聲,因而具有更優(yōu)良的零點(diǎn)穩(wěn)定性。三值低頻矩形波勵(lì)磁頻率一般采用工頻的1/8,通過(guò)正一零一負(fù)一零的周期性采樣和處理,消除了零點(diǎn)噪聲、工頻干擾、極化電勢(shì)等,同時(shí)進(jìn)一步降低勵(lì)磁功耗,使電磁流量測(cè)量?jī)x更小型化。
高頻矩形波勵(lì)磁
針對(duì)漿液流體測(cè)量和高速響應(yīng)性,應(yīng)用高速控制、采樣和存儲(chǔ)技術(shù),部分廠家研制出相對(duì)于低頻(1/8~1/32的工頻)的高頻矩形波勵(lì)磁,勵(lì)磁頻率一般在100Hz左右,醫(yī)學(xué)上測(cè)量人體的血液流量測(cè)量?jī)x可達(dá)400Hz,通過(guò)數(shù)據(jù)采集和軟件處理來(lái)消除尖狀干擾噪聲,以改善漿液測(cè)量和高速響應(yīng)的性能。高速矩形波勵(lì)磁會(huì)失掉一些低頻矩形波勵(lì)磁的零點(diǎn)穩(wěn)定性,只能適合特定的場(chǎng)合,同時(shí),高頻勵(lì)磁引起傳感器磁路的渦流損失和磁滯損失增加,因此磁性材料選擇和磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求要高一些。
雙頻矩形波勵(lì)磁
1988年7月,日本橫河北辰電機(jī)株式會(huì)社在總結(jié)各種勵(lì)磁技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,研究開(kāi)發(fā)了一種高、低頻矩形波調(diào)制波的勵(lì)磁方式即雙頻矩形波勵(lì)磁,它是低頻矩形波勵(lì)磁和高頻矩形波勵(lì)磁的結(jié)合,通常低頻勵(lì)磁頻率為6.25Hz(工頻的1/8),它有助于提高零點(diǎn)的穩(wěn)定性:高頻勵(lì)磁頻率為75Hz,高頻勵(lì)磁降低了漿液產(chǎn)生的極化電壓,減小輸出抖動(dòng),因此雙頻矩形波勵(lì)磁既有穩(wěn)定的零點(diǎn)和優(yōu)良的測(cè)試精度,又有很強(qiáng)的抗?jié){液噪聲能力、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。