摘(zhai)要:智能插(cha)入式電磁(ci)流量計 是(shi)一種應用(yong)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律的流量(liang)計。依據㊙️“拓(tuo)普變☁️換”原(yuan)理對傳感(gan)器進行設(she)計。将傳統(tong)雙電極結(jie)構變換爲(wei)單電極結(jie)構🚩,把另一(yi)個電極作(zuo)爲虛拟電(dian)極對待,傳(chuan)感器的結(jie)構采用單(dan)電極,并将(jiang)線圈分置(zhi)于電極兩(liang)邊,控制磁(ci)力線分布(bu)趨勢,從而(er)實現高穩(wen)定、可靠、高(gao)精度的測(ce)量,同時使(shi)傳感器密(mi)封空間得(de)到擴展。
流(liu)量是一個(ge)動态量,流(liu)量測量是(shi)一項複雜(za)的技術。從(cong)被測流體(ti)來說,包括(kuo)氣體、液體(ti)和混合流(liu)體這三種(zhong)具有不同(tong)物理特性(xing)的⁉️流體;從(cong)測量流體(ti)流量時的(de)條件來說(shuo),又📧是多種(zhong)💘多樣的,如(ru)測量時的(de)溫度可以(yi)從高溫☀️到(dao)極低溫,測(ce)量時的壓(ya)力可以從(cong)高壓到低(di)壓;被測流(liu)量的大小(xiao)可❄️以從微(wei)小流量到(dao)大流量🏃‍♂️;被(bei)測流體的(de)流動狀态(tai)可以是層(ceng)流、紊流等(deng)等🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。此外就(jiu)液體而言(yan),還存在粘(zhan)度大小不(bu)同等情況(kuang)。因此,爲準(zhun)确的測量(liang)流量,就🙇🏻必(bi)須研究不(bu)同流體在(zai)不同條件(jian)下的流量(liang)測量方法(fa),并提供相(xiang)應的測量(liang)儀表。這㊙️是(shi)流量計量(liang)的主要工(gong)作之一。目(mu)前國外投(tou)入使用的(de)流量計有(you)100多種,國内(nei)定型⁉️投産(chan)的也有近(jin)20種。
　　随着工(gong)業生産的(de)自動化,管(guan)道化的發(fa)展,流量儀(yi)表👉在整個(ge)儀表生産(chan)中所占比(bi)重越來越(yue)大。據國内(nei)外資料表(biao)明,在不同(tong)的工業部(bu)門中所使(shi)用的流量(liang)儀表占整(zheng)個儀表總(zong)數的📞15%～30%。随着(zhe)流量儀表(biao)的迅猛發(fa)展,流量标(biao)準裝置也(ye)得到較快(kuai)發展,流量(liang)量值傳遞(di)網絡已經(jing)形成。目前(qian)水、油、氣🐉、蒸(zheng)汽高精度(du)的流量标(biao)準裝置已(yi)在國家、省(sheng)市計量機(ji)構🤩建立,确(que)保其流量(liang)量💛值傳遞(di)的準确一(yi)緻。盡管如(ru)此,由于流(liu)量測量技(ji)術的複雜(za)化,以及科(ke)學技術的(de)迅速發展(zhan)⛷️向🌐流量計(ji)量🚩提出更(geng)新㊙️更高的(de)要求,流量(liang)計量的現(xian)況遠不能(neng)滿足生産(chan)的需要,還(hai)有大量的(de)流量計量(liang)技術問題(ti)有待進一(yi)步研究解(jie)決。
1　智能插(cha)入式電磁(ci)流量計的(de)工作原理(li)
　　電磁流量(liang)計是一種(zhong)應用法拉(la)第電磁感(gan)應定律的(de)流量計。流(liu)量計的測(ce)量管是内(nei)襯絕緣材(cai)料的非導(dao)磁合金短(duan)管。兩隻電(dian)極沿管徑(jing)方向貫通(tong)管壁固定(ding)在測量管(guan)上,其電極(ji)頭🌈與内表(biao)面基本平(ping)齊。勵磁線(xian)圈由雙向(xiang)脈沖勵磁(ci)時,将在與(yu)測量管軸(zhou)🤩線垂直的(de)方向上産(chan)生一磁通(tong)密度爲B的(de)工作磁✨場(chang)。此時,如果(guo)具有一定(ding)電導🈲率的(de)流體流經(jing)測量管,将(jiang)切割磁力(li)線感應出(chu)電動勢E。電(dian)動勢💘E正比(bi)于磁通密(mi)度B、測量管(guan)内徑D與平(ping)均流速的(de)🌐乘積、電動(dong)勢E(電流🔞信(xin)💃号)由電極(ji)檢出并通(tong)過電纜這(zhe)至轉換器(qi)。轉換器将(jiang)流量🈲信号(hao)😍放大處理(li)後,可顯示(shi)流量、總量(liang),并能輸出(chu)模拟、脈沖(chong)🚶等信号,用(yong)于流量的(de)控制💋與調(diao)節[1-3]。
E=kBdv
式中:
E-爲(wei)電極間的(de)信号電壓(ya)(V);
B-爲磁通密(mi)度(T);
d-爲測量(liang)管内徑(m);
v-爲(wei)平均流速(su)(m/s).
　　K,d爲常數,由(you)于勵磁電(dian)流是恒流(liu)的,故B也是(shi)常數,則由(you)E=kBdv可知,體積(ji)流量Q與信(xin)号電壓E成(cheng)正比,即流(liu)速感應的(de)信号電壓(ya)E與體積Q成(cheng)線性關系(xi)。因此,隻要(yao)測量出E就(jiu)可确定流(liu)量Q,這就是(shi)電🏒磁流量(liang)計的基本(ben)工作原理(li)。
2　儀表的硬(ying)件設計
2.1　儀(yi)表的電極(ji)設計
　　電磁(ci)流量計是(shi)在“法拉第(di)電磁感應(ying)定律”應用(yong)方面進☔行(hang)了創新🔴,依(yi)據“拓普變(bian)換”原理對(dui)傳感器進(jin)行創新設(she)計。将傳統(tong)雙電🐪極結(jie)構變換爲(wei)單電極結(jie)構,也就是(shi)把🌍另一個(ge)電極作爲(wei)虛拟電極(ji)對待。通過(guo)控制勵磁(ci)電流和線(xian)圈的分布(bu)位置,使其(qi)産生的磁(ci)場穩☁️定地(di)分布在真(zhen)實電極周(zhou)㊙️圍,而使虛(xu)拟✉️電極處(chu)磁場強度(du)近似爲零(ling),則感應出(chu)的電動勢(shi)很小,可以(yi)忽略不計(ji),故隻留一(yi)個電極。
　　将(jiang)上述的這(zhe)一理論用(yong)于電磁流(liu)量計測量(liang)導電液體(ti)的流量時(shi),如圖1所示(shi),磁場由勵(li)磁線圈産(chan)生,兩電極(ji)之間距離(li)L便是導體(ti)長度,流體(ti)流速v就是(shi)導體運動(dong)速度。根據(ju)電磁感應(ying)定律将🐉在(zai)電極周圍(wei)形成磁😄場(chang),而另一個(ge)電極周圍(wei)形成的磁(ci)場可以忽(hu)略不計,就(jiu)可将其視(shi)♍爲虛拟電(dian)極,從而實(shi)現單電極(ji)檢測流🏒速(su),如圖2所示(shi)。


　　在電(dian)極方面由(you)于采用了(le)單電極雙(shuang)線圈,通過(guo)控制勵磁(ci)信号和磁(ci)力線發射(she)角度,使磁(ci)力線分布(bu)密度🐇不受(shou)管道材質(zhi)、管道直徑(jing)、插入管道(dao)深度等外(wai)部條💁件的(de)影響,保證(zheng)了有效磁(ci)場的穩定(ding),從而大大(da)提高了測(ce)量精度。
2.2　傳(chuan)感器的結(jie)構設計
　　傳(chuan)感器是采(cai)集感應電(dian)動勢數據(ju)的關鍵部(bu)件,不僅要(yao)求采集數(shu)據準确,抗(kang)幹擾能力(li)強,而且還(hai)能長期工(gong)作在比較(jiao)複雜的外(wai)部環境中(zhong)。傳統的插(cha)入式流量(liang)計由于安(an)裝🆚的管道(dao)💋材質、管🌈道(dao)的直🌐徑等(deng)等外部條(tiao)件的變化(hua),使得傳感(gan)器内部♍磁(ci)力線分布(bu)發生了🛀🏻變(bian)化,磁場強(qiang)度也發生(sheng)了變化,引(yin)起了測量(liang)誤差[4-5]。
　　智能(neng)型插入式(shi)流量計利(li)用拓普變(bian)換原理對(dui)傳感器的(de)結構進行(hang)重新設計(ji)。采用單電(dian)極,并将線(xian)圈分置于(yu)電極兩邊(bian),控制磁力(li)線分布趨(qu)勢,使電極(ji)周圍的磁(ci)場強度不(bu)随外部條(tiao)件的變化(hua)而變化,從(cong)而實現高(gao)穩定、高可(ke)靠、高精度(du)的測⚽量,由(you)于采用了(le)單電極結(jie)構,使得🔅傳(chuan)感器密封(feng)空間得到(dao)了擴展,可(ke)将電極和(he)端面固定(ding)在金屬基(ji)體上🔞,使傳(chuan)感器端面(mian)可打壓到(dao)25MPa,而耐溫180℃而(er)不發生變(bian)形,确保了(le)密封性。
2.3　智(zhi)能轉換器(qi)的設計
　　智(zhi)能轉換器(qi)主要是爲(wei)傳感器勵(li)磁線圈提(ti)供勵磁電(dian)磁💃🏻,同時接(jie)收傳感器(qi)電極檢測(ce)到的電信(xin)号,通過中(zhong)央處理🤞器(qi)進行數據(ju)的運算和(he)處理,然後(hou)進行現場(chang)顯示🔆和遠(yuan)程♍通信[6-7]。
2.4顯(xian)示部分設(she)計
1)LCD顯示:顯(xian)示屏需對(dui)流量、累計(ji)流量、壓力(li)、溫度、時間(jian)等進行顯(xian)示,普通的(de)LED不能滿足(zu)要求,故采(cai)用基于單(dan)片機的液(ye)晶顯示産(chan)品❤️更加适(shi)合。
2)A/D轉換:采(cai)用A/D轉換器(qi)将流量、壓(ya)力、溫度等(deng)這些模拟(ni)信❗号輸入(ru)到顯示模(mo)塊單片機(ji)。
3)D/A轉換:選定(ding)12位的D/A轉換(huan)器,該轉換(huan)器可與CPU直(zhi)接相連,以(yi)減少❄️硬🚶‍♀️件(jian)🌏占用空間(jian)。D/A轉換器将(jiang)完成4～20mADC信号(hao)。
3　數字濾波(bo)設計
　　該方(fang)法是先在(zai)RAM中建立一(yi)個數據緩(huan)沖區,依順(shun)序存⚽放N次(ci)☔采樣🤟數據(ju)(即把N個測(ce)量數據看(kan)成一個隊(dui)列,隊列的(de)長度固定(ding)爲N)。然🔴後每(mei)🔴采進一個(ge)新的數據(ju),就将新數(shu)據存入隊(dui)尾,同時⭕将(jiang)緩沖👄區中(zhong)最早采集(ji)(隊首)的一(yi)個數據去(qu)掉。再求出(chu)當前RAM緩沖(chong)區中🚶‍♀️的N個(ge)數據🏃‍♀️的算(suan)術平均值(zhi)或加權平(ping)均值。這樣(yang),每進行一(yi)次采樣,就(jiu)可計算出(chu)一個新的(de)平均值,即(ji)測量數據(ju)✏️取一丢一(yi),測量一次(ci)便計算一(yi)次平均值(zhi),大大加快(kuai)了數據處(chu)理能力。

　　假(jia)設環形隊(dui)列的地址(zhi)爲40H～4FH,共16個單(dan)元,用R0作隊(dui)尾指示🔆,并(bing)且INPUTA爲新采(cai)樣數據處(chu)理子程序(xu),子程序已(yi)将新數據(ju)置入累加(jia)器⁉️A中,其流(liu)程🔴如圖3。
程(cheng)序清單如(ru)下:



4　結束語
　　在(zai)國民經濟(ji)各行業的(de)生産中,普(pu)通導電液(ye)以及強酸(suan),強堿等❄️強(qiang)腐蝕液體(ti)和泥漿、礦(kuang)漿、紙漿等(deng)均勻液固(gu)兩相浮🏃🏻液(ye)體🌈都需要(yao)進行準确(que)地流量計(ji)量。但是以(yi)往常常采(cai)用的渦街(jie)式、葉輪式(shi)、渦流式、超(chao)聲波式㊙️等(deng)流量計或(huo)者因爲🌏測(ce)量精度🐅低(di),或者因爲(wei)價格高🔱,或(huo)者不能适(shi)應惡劣環(huan)境等等因(yin)素不能被(bei)用戶使用(yong)。近年來電(dian)磁流量計(ji)以其精度(du)高、抗震性(xing)好、耐腐蝕(shi)等優勢🏃‍♀️脫(tuo)穎而出,智(zhi)能插入式(shi)電磁流量(liang)計與普💚通(tong)的電磁流(liu)量計相比(bi)由于采用(yong)了單電極(ji),使得傳🧑🏾‍🤝‍🧑🏼感(gan)器結構可(ke)以做的很(hen)🔴小,使用💁範(fan)圍可以擴(kuo)大減小㊙️了(le)密封點,使(shi)可靠♊性增(zeng)強👨‍❤️‍👨,保證了(le)質量。

以上(shang)内容來源(yuan)于網絡，如(ru)有侵權請(qing)聯系即删(shan)除!