電磁流量計(jì)空管檢測技術(shù)的設(shè)計(jì)研究

資料提供：上海大學(xué)機(jī)電工程于自動化學(xué)院 .曹金亮李斌編輯供稿：金湖聯(lián)儀自控設(shè)備有限公司

【引言】隨著電磁流量計(jì)技術(shù)及其產(chǎn)品的日益完善，電磁流量計(jì)被廣泛地用于滿管流量測量I H時(shí)也較多的被應(yīng)用于一些時(shí)有非滿管狀態(tài)的流最控刪上。因此希望電磁流量計(jì)能具有良好的空管檢測能力以降低管道配置的復(fù)雜性，空管檢測技術(shù)也因此成為當(dāng)前電磁流最計(jì)技術(shù)的研究內(nèi)容之一。
電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)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(guī)的電磁流且計(jì)技術(shù)解決槍側(cè)空管問題比較困難.在實(shí)際流量控制中主要是解決傳感器處于空管狀態(tài)下的流最值閉鎖問題‘”，具體的是指當(dāng)傳感器電極部分或全部處于從流休中裸雌出來時(shí)系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)檢測到這一狀態(tài)并使流徽值為零。本文就是研究這樣的空管檢側(cè)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(cè)方法。并提出了空間電場干擾使信號飽和狀態(tài)時(shí)的空管檢側(cè)技術(shù)。蔡武昌等L4J研究了國內(nèi)外一些產(chǎn)品采用的基于附加激勵(lì)的相對電導(dǎo)率檢側(cè)方法.有產(chǎn)品說明‘i]指出由于附加了激勵(lì).該方法對流體電導(dǎo)率有大于20its/cm的條件.文中通過試驗(yàn)和空管狀態(tài)的等效模I'!分析發(fā)現(xiàn)，空竹狀態(tài)F干擾幅值具有一些不確定性，附加激勵(lì)的相對電導(dǎo)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(jié)合電磁流&t計(jì)特有的信號處理方法151探討了空管狀態(tài)下的信號特點(diǎn).研究了在不影響流量測最性能前提下的空管檢側(cè)方法，同時(shí)給出了相關(guān)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

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

傳感器和放大器連接圖

在通常情況下，傳感器系統(tǒng)和信號放大部分不能做到完全屏蔽，這樣電磁流量計(jì)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(shí)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(chǎn)生感應(yīng)電勢的干擾，Z2為干擾e2的等效內(nèi)阻阻抗。

考慮干擾時(shí)的等效原理圖

在傳感器滿管情況下，應(yīng)有Z0≥Z1，Z0≥Z2。對應(yīng)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(wǎng)產(chǎn)生的空間干擾電磁場來說，干擾源可等效為近場的感應(yīng)電場干擾，可視為一個(gè)高阻抗干擾。因而在滿管情況下有Z2≥Z0.即

考慮空管時(shí)e1=0，空管狀態(tài)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(guān)。
基于上述模型分析，進(jìn)行了相應(yīng)的空管試驗(yàn)。

1.2 空管試驗(yàn)

圖4是空管試驗(yàn)的原理圖，試驗(yàn)條件如下：
傳感器直徑50㎜（電極直徑為1cm），流體用電導(dǎo)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(fù)均約為15V，放大倍數(shù)2000、共模抑制比80dB、輸入阻抗10GΩ，具有自動調(diào)零功能。勵(lì)磁電流120mA，勵(lì)磁方式為勵(lì)磁頻率為工頻（50Hz）10分頻的恒流雙向勵(lì)磁。
空管試驗(yàn)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(gè)狀態(tài)的輸出信號U。圖5～10給出了所得到的各個(gè)狀態(tài)信號輸出的波形。