电磁流量计动态反馈极化控制方法存在的问题及改进
电磁流量计动态反馈极化控制方法存在的问题及改进
上一节详细讨论了动态反馈极化控制方法的原理以及具体的实现方法，理论上可以比较理想的消除极化电压。但是，在上述动态反馈极化控制方法中， 采用反馈控制方法使控制时段的电极电势值等于负的测量时段的电极电势值， 调整测量时段和控制时段的时间间隔，使测量时段和控制时段的电极电势值和时间的乘积相等，主观上认为可以*抑制电极上的极化电压。但是，由于对极化电压的原理还不是十分了解，无法确定极化电压和反馈电压是否*等效， 因而无法确定极化是否可以*控制住。本课题对动态反馈极化控制方法进行了相关的实验与研究。首先对基于该方法设计的恒磁式电磁流量仪表的初始零点的稳定性和重复性进行了观察。图4．3(a)、(b)分别为示波器记录的该流量仪表上电时和工作两个小时以后的静态初始零点波形图。(a)开机时初始零点(b)两小时后初始零点图4．3初始零点波形图
从图4．3示波器记录的波形可以看出，该动态反馈极化控制方法的电路上电后，开始阶段的初始零点会发生漂移，但是工作一段时间后，初始零点基本不变。因此，对极化电压的控制要达到良好的稳定程度，需要保证电路先工作足够长的时间。
此外，实验过程中发现，每次控制流速的阀门开度调大以增大流速的瞬间， 测量显示流速达到，在反馈控制作用下，该测量流速逐渐下降，当流速稳定时，经过一段时间后，显示结果基本稳定但还是有逐步变小的趋势。由此可以认为该反馈测量电路有一个稳定调整的过程，测控电路克服极化电压的同时， 对感应电动势也有较小的抑制作用。所以，该方法的流量仪表的稳定性和重复性还不特别理想。分析其主要原因如下：
1)一般情况下，频率越高，极化电压被控制的越小，其静态初始零点越稳定；但是频率过高，反馈作用过于明显，导致感应电动势能否真正反应流速的变化方面存在疑问。因此，在未对极化电压值进行监控的情况下，无法确定该动态反馈极化控制电路的控制频率的选择，包括整个控制．测量的周期，以及控制时段和测量时段的比例，以便限度的抑制极化，并准确获得反映流量的感应电动势信号(现在暂时用2KHz)。
2)在未对极化电压值进行监控的情况下，随着电路工作时间的延长，无法确定极化电压是稳定在一个固定值，还是随时间不断变化。而且采样保持电路对信号的采样和保持不精确，可能导致每个控制时序内不能将极化电压控制到零。因此，本课题又在动态反馈控制方法的基础上，对其进行了改进。
4．1．3动态反馈极化控制方法的改进
改进后的动态反馈极化控制方法的系统结构原理框图如图4．4所示。在该动态反馈极化控制方法的系统中，极化电压是直流信号，其变化相对缓慢，变化频率与模拟开关的控制频率以及控制．测量的频率相比小得多。而感应电动势是由于微观粒子在洛仑兹力的作用下发生偏转而产生的，微观粒子的偏转速度极快，当流体在管道流动时，感应电动势能在瞬间就建立起来。感应电动势的产生速度远远大于模拟开关的控制频率。图4-4改进后的动态反馈极化控制方法的系统结构原理框图因此，上述负反馈控制．测量时序对宏观上的极化电压有抑制作用，而对由微观粒子的偏转产生的感应电动势并没有影响。所以，在连续控制．测量时序的作用下，极化电压*可以控制到某一个恒定值。而在测量时段，模拟开关断开，电极上无反馈电压信号，并且极化电压还来不及变化，因此在控制极化电压的前提下，采集电极上反映流体流量的感应电动势信号。鉴于上述的结论，在图4-4中，电极1和2上的信号S1和S2，经过信号放大器1和2后，获得放大后的信号M10和M20，信号中包含极化电压和反映流量的感应电动势信号。由于极化电压是直流信号，而感应电动势变化速度很快，故信号M10和M20经过二阶低通滤波器后，感应电动势信号被滤除，仅剩下极化电压信号M1 1和M21，通过A／D采样转换为数字量，由微处理器进行监控。同时，和上面利用采样保持器获得极化电压值并直接进行反馈的方法不同，本方法去掉了采样保持电路，转而采用标准控制电压进行反馈，这样可以进一步降低系统的功耗和成本。由于对极化电压信号Mll和M21进行A／D 采样，这样微处理器可以精确监控极化电压的大小和极性，动态的调整正控制时间和负控制时间的比例，控制反馈信号的大小，从而使极化电压稳定在某一个固定的值，真正实现对极化电压的*控制。同时，为了简化电路和提高精度，在控制时段所加的正负控制电压固定为某一具体值。此时，模拟开关的控制时序以及电极上的信号波形如图4．5所示。
在图4．5中，以电极1为例，Tal为测量时段，Ta2为控制时段，测量时段和控制时段的时间间隔均固定，它们合在一起构成一个完整的控制．测量周期。在测量时段内，模拟开关断开以避免控制电压对流量信号的测量产生影响，同时由于极化电压变化缓慢，所以假定其在测量时段不发生变化。流量信号经过一定时间Tsa达到稳定后，A／D转换器ADC0对电极上的流量信号V以及两个电极上的极化电压信号进行采样。微处理器对采样所得的极化电压信号和设定值进行比较，根据比较的结果改变模拟开关Kll和K12的导通时间，进而改变控制阶段正反馈电压和负反馈电压的作用时间，使极化电压不断向某一设定值靠拢，并最终稳定在该设定值，从而消除极化电压对流量信号所产生的影响。电极B上的操作和电极A同步，这样两个电极上的信号差分即可获得反映流量的感应电动势信号。
在对极化电压的产生机理还不是非常清楚，且极化电压的随机性很大的情况下，改进后的动态反馈极化控制方法，引入了对极化电压具体值的测量和控制，使极化电压始终保持在某一设定值，从而有效抑制了极化电压对反映流量信号的感应电动势的影响。同时去除了采样保持器电路，进一步降低了系统的功耗和成本，使整个系统最终实现电池供电成为可能。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多信息请访问开封中仪网站：
