摘要:智(zhì)能插入式電(dian)磁流量計 是(shi)一種應用法(fa)拉第電磁感(gǎn)應定律的流(liu)量計。依據♍“拓(tuò)普變換”原理(li)對傳感器進(jin)行設計。将傳(chuán)統雙電極結(jié)構變換爲單(dan)電極結構,把(ba)另一個電極(ji)作爲虛拟電(dian)極對待,傳感(gan)器的結♋構采(cai)用單電極,并(bing)将線圈分🤟置(zhì)于電極兩邊(biān),控制磁力線(xian)分✌️布趨勢,從(cong)㊙️而實現高穩(wen)定、可靠、高精(jing)度的測量⛹🏻‍♀️,同(tóng)時使傳感器(qì)密封空間✨得(dé)到擴展。
流量(liang)是一個動态(tai)量,流量測量(liang)是一項複雜(zá)的技術。從被(bèi)測😘流體🤩來說(shuō),包括氣體、液(yè)體和混合流(liu)體這三種具(ju)✉️有不同物理(lǐ)特性的流體(tǐ);從測量流體(ti)流量時♌的條(tiáo)件來說,又是(shì)多種多樣的(de),如測量時的(de)溫度可以從(cóng)高溫到極低(dī)溫💋,測量時的(de)壓力可以從(cóng)高壓到低壓(yā);被測流量的(de)大小可以從(cóng)微小流量到(dào)大流量🈲;被測(cè)流體的流動(dòng)狀态可以是(shi)層流、紊流等(deng)等。此外就液(ye)體而‼️言,還存(cun)✏️在粘度💃大小(xiao)不同等情況(kuang)。因此,爲準🔴确(que)的測量流量(liang),就必須研究(jiu)不同流體在(zai)不同條件下(xià)的流🔞量測量(liang)方法,并提供(gong)相應的測量(liàng)儀表。這是流(liú)量計量的主(zhǔ)要工作之一(yī)。目前國外投(tou)入使用的流(liú)量計有100多種(zhǒng),國内定型投(tou)産的也有近(jìn)20種。
　　随着工業(yè)生産的自動(dòng)化,管道化的(de)發展,流量儀(yi)表在整㊙️個儀(yí)表生産中所(suǒ)占比重越來(lái)越大。據國内(nèi)外資料表明(míng),在不同的工(gong)業部門中所(suo)使用的流量(liang)儀表占整個(ge)儀表總數的(de)15%～30%。随着流量儀(yí)表的迅猛發(fa)展,流量标準(zhǔn)裝置也得🌂到(dao)較快發展,流(liu)量量值傳遞(dì)網絡已經形(xíng)成。目前水、油(you)、氣、蒸汽高精(jīng)度的流量标(biao)準裝置已在(zài)國家、省市計(ji)量機構建立(li),确保其流量(liàng)量值傳遞的(de)準确一緻。盡(jin)管如此,由于(yu)流量測量技(jì)術的複雜化(huà),以及科學👌技(ji)術的迅速發(fa)展向流量計(jì)量🈲提出更新(xīn)更高的要求(qiu),流量計量的(de)現況遠不能(neng)滿🚶足生産的(de)需要,還有大(da)量的流量計(jì)量技✨術問題(ti)有🔞待進一步(bu)研🧑🏽‍🤝‍🧑🏻究解決。
1　智(zhi)能插入式電(diàn)磁流量計的(de)工作原理
　　電(dian)磁流量計是(shì)一種應用法(fa)拉第電磁感(gǎn)應定律的流(liu)量計。流量計(jì)的測量管是(shi)内襯絕緣材(cai)料的非導磁(cí)合金短管。兩(liǎng)隻電極沿管(guǎn)徑方向貫通(tong)管壁固定在(zài)測量管上,其(qi)電極頭與内(nèi)表面基本🔞平(píng)齊。勵磁線💚圈(quan)由雙向脈沖(chòng)勵磁時,将在(zai)與測量管軸(zhóu)線垂直的方(fāng)向上産生一(yi)磁通密度爲(wei)B的工作磁場(chǎng)。此時,如果具(ju)有一定電導(dǎo)率的流體流(liú)經測量管,将(jiang)切割磁力線(xian)感應出電動(dong)勢E。電動勢E正(zheng)比于磁通密(mi)度B、測量管内(nei)徑D與平均流(liú)速的乘積、電(dian)動勢E(電流🚩信(xin)号)由電極檢(jian)出并通過電(dian)纜這至轉換(huan)器。轉換器将(jiang)流量信号♋放(fang)大處理後,可(kě)顯示流量💃、總(zǒng)量,并能輸出(chū)模拟、脈沖等(deng)信号,用于流(liú)量的控制與(yǔ)調節[1-3]。
E=kBdv
式中:
E-爲(wèi)電極間的信(xin)号電壓(V);
B-爲磁(cí)通密度(T);
d-爲測(cè)量管内徑(m);
v-爲(wèi)平均流速(m/s).
　　K,d爲(wèi)常數,由于勵(lì)磁電流是恒(héng)流的,故B也是(shi)常數,則由E=kBdv可(kě)知,體積流量(liàng)Q與信号電壓(yā)E成正比,即流(liu)速感應的♍信(xìn)号✔️電壓E與體(ti)積Q成線性關(guān)系。因此,隻要(yao)測量出E就⭐可(kě)确定🏃‍♂️流量Q,這(zhè)就是電磁流(liu)量計的基本(ben)工作原理。
2　儀(yí)表的硬件設(she)計
2.1　儀表的電(diàn)極設計
　　電磁(cí)流量計是在(zài)“法拉第電磁(ci)感應定律”應(ying)用方面進🐪行(háng)🌈了創新,依據(jù)“拓普變換”原(yuan)理對傳感器(qi)進行創新設(shè)計。将傳統雙(shuāng)電極結構變(biàn)換爲單電極(jí)結構,也就是(shi)把🍉另一個電(dian)極作爲虛拟(ni)電極對🔞待。通(tong)過控制勵磁(ci)電流和線圈(quan)的分布位置(zhì),使其産生的(de)磁場穩🎯定地(dì)分布在真實(shí)電極周圍,而(er)使虛拟電極(ji)處磁場強度(du)近似爲👣零,則(zé)感應出的電(dian)動勢很小,可(ke)以忽略不計(jì),故隻❄️留一個(gè)電極。
　　将上述(shù)的這一理論(lun)用于電磁流(liú)量計測量導(dao)電液體的流(liú)🔴量時,如圖1所(suǒ)示,磁場由勵(lì)磁線圈産生(sheng),兩電極之🐪間(jiān)距離L便是導(dao)♉體長🍓度,流體(ti)流速v就是導(dǎo)體運動速度(du)🔴。根據電磁感(gan)應定律将♌在(zài)電極⭐周圍形(xing)成磁🌍場,而另(lìng)一個電極周(zhou)圍形成的磁(ci)場可以忽略(lue)不計,就可将(jiang)其視爲虛拟(nǐ)電極,從而實(shi)現單電極檢(jian)測流速,如圖(tu)2所示。


　　在電極方面(miàn)由于采用了(le)單電極雙線(xian)圈,通過控制(zhì)勵磁🐅信号和(hé)磁力線發射(shè)角度,使磁力(lì)線分布密度(du)不受管道材(cai)質、管道💃🏻直徑(jing)、插入管道深(shen)度等外部條(tiao)件的影響,保(bao)證了有效磁(ci)場的🐕穩定,從(cóng)而大大提高(gāo)了測量精度(dù)。
2.2　傳感器的結(jie)構設計
　　傳感(gǎn)器是采集感(gan)應電動勢數(shù)據的關鍵部(bù)件,不僅🏃‍♂️要求(qiu)采集🐪數據準(zhǔn)确,抗幹擾能(néng)力強,而且還(hai)能長期💃工作(zuò)在比🈲較複💘雜(zá)的外部環境(jing)中。傳統的插(cha)入式流量計(ji)由于安裝的(de)管道✊材質、管(guǎn)道的直徑等(deng)等外部條件(jian)的變🔴化,使得(de)傳感器内部(bù)💋磁力線分布(bu)發生了🌍變化(hua),磁場強度也(yě)發生了變化(hua),引起了測量(liang)誤差[4-5]。
　　智能型(xing)插入式流量(liang)計利用拓普(pǔ)變換原理對(dui)傳感器的結(jié)🤩構進行重新(xīn)設計。采用單(dān)電極,并将線(xiàn)圈分置于🤞電(diàn)極兩邊,控制(zhi)磁力線分布(bù)趨勢,使電極(jí)周圍的磁場(chǎng)強度不随外(wài)部條件的變(biàn)化而變化,從(cong)而實現高穩(wěn)定、高可靠、高(gao)🙇🏻精度的測量(liàng),由于采用了(le)單電極結構(gòu),使得傳感器(qì)密封空間得(de)到了擴展,可(ke)将電🈲極和端(duān)面固定在金(jin)屬基體上,使(shi)傳感器端面(mian)可打壓到25MPa,而(ér)耐溫180℃而不發(fā)生變形,确保(bǎo)了密封性。
2.3　智(zhi)能轉換器的(de)設計
　　智能轉(zhuǎn)換器主要是(shì)爲傳感器勵(li)磁線圈提供(gong)勵磁♻️電磁,同(tong)時接收傳感(gan)器電極檢測(cè)到的電信号(hao),通過中央處(chu)理器進行數(shù)💃🏻據的運算和(hé)處理,然後進(jìn)行現場顯示(shi)和遠程通信(xìn)[6-7]。
2.4顯示部分設(she)計
1)LCD顯示:顯示(shì)屏需對流量(liang)、累計流量、壓(yā)力、溫度、時間(jian)等進行顯示(shi),普通的LED不能(neng)滿足要求,故(gù)采用基于單(dān)片機的液晶(jing)顯示産品更(gèng)加㊙️适合。
2)A/D轉換(huan):采用A/D轉換器(qì)将流量、壓力(li)、溫度等這些(xie)模拟信㊙️号💋輸(shu)🤩入到顯示模(mo)塊單片機。
3)D/A轉(zhuǎn)換:選定12位的(de)D/A轉換器,該轉(zhuǎn)換器可與CPU直(zhí)接相連,以減(jian)少硬件占用(yòng)空間。D/A轉換器(qì)将完成4～20mADC信号(hao)。
3　數字濾波設(shè)計
　　該方法是(shì)先在RAM中建立(li)一個數據緩(huǎn)沖區,依順序(xù)存✏️放😄N次采樣(yang)🔞數據(即把N個(gè)測量數據看(kàn)成一個隊列(lie),隊列的長度(dù)固定爲N)。然🥰後(hòu)每采進一個(ge)新的數據,就(jiu)将新數據⭐存(cún)入隊尾,同時(shi)将緩沖區中(zhong)最早采集(隊(duì)首)的一個數(shù)據去掉。再求(qiu)出當前㊙️RAM緩沖(chòng)區中的N個數(shu)據的算術平(píng)均值或加權(quan)平均值。這樣(yàng),每進行一次(cì)采樣,就可計(jì)算出一個新(xīn)的平均值,即(ji)測量數據取(qu)一丢一,測量(liang)一次便計算(suàn)一次平均值(zhí),大大加快了(le)數據處理能(néng)力。

　　假設環形(xing)隊列的地址(zhǐ)爲40H～4FH,共16個單元(yuán),用R0作隊尾指(zhǐ)示🥵,并且INPUTA爲新(xīn)采樣數據處(chù)理子程序,子(zǐ)程序已将新(xīn)數☎️據置入累(lei)加器🔴A中,其流(liú)程如圖3。
程序(xù)清單如下:



4　結束語(yu)
　　在國民經濟(ji)各行業的生(sheng)産中,普通導(dao)電液以及強(qiang)酸,強🍓堿等🔞強(qiang)腐蝕液體和(he)泥漿、礦漿、紙(zhǐ)漿等均勻液(yè)固兩相浮液(yè)體都需🐅要進(jin)行準确地流(liu)量計量。但是(shì)以往常常采(cǎi)用的渦街式(shì)、葉輪式、渦流(liú)式、超聲波式(shì)等流量計或(huo)者因爲測量(liang)精度低,或者(zhě)因✌️爲價格高(gao)👄,或者不能适(shì)應惡劣環境(jing)💯等等因素不(bu)能被用戶使(shi)👣用。近年來電(dian)🈲磁流量計以(yǐ)其精度高、抗(kang)震性好、耐腐(fu)蝕等優勢脫(tuō)穎而出,智能(néng)插入式電⚽磁(ci)流量計與普(pǔ)🏃‍♂️通的電磁流(liú)量計相比由(yóu)于采用了單(dān)電極,使得傳(chuan)感器結構可(ke)以做的很小(xiǎo),使用範圍可(ke)以擴大減小(xiao)了密封點,使(shi)可靠性增強(qiang),保證了質量(liàng)。

以上内容來(lai)源于網絡，如(rú)有侵權請聯(lian)系即删除!