电磁流量计动态反馈极化控制方法
电磁流量计动态反馈极化控制方法
本课题提出了动态反馈极化控制方法，即采用对每个电极进行周期性的测量时段与控制时段相交替的工作方式，使每个周期内控制时段的电极电势总值等于负的测量时段的电极电势总值，从而有效地消除电极信号中的极化电压， 把极化电压控制在某一稳定的值，并可直接从两个电极电势信号的差值得出反映流体流速的感应电动势值。从而使永磁式电磁流量计应用于一般导电性液体流量的测量成为可能，并可充分发挥恒磁式电磁流量计的高动态响应和低功耗的特点。
本课题设计的动态反馈极化控制方法系统结构原理框图如图4．1所示【l舅。在电极1和2上分别连接模拟开关K1和K2，和测控单元1和2一起，用来实现对每个电极进行周期的测量时段和控制时段交替工作方式，并使每个控制时段的电极电势值等于负的测量时段的电极电势测量值；采用信号后处理单元将两个电极信号Sl、S2作为输入，求得反映流体流速值的感应电动势。图4．1所示，在直径为D的圆形测量管道中的流体有流速V，两个相距D 的电极l和2，在垂直电极方向上放置两块相互平行的永磁体，在流体中产生恒定磁场B；电极1和2的空间连线、恒定磁场B和流速V三者间两两相互不平行；永磁体产生的恒定磁场B、流体及其流速v使电极1和2上分别有信号S1和信号S2，信号S1中包含由流体流速V产生的感应电势El和由电极1表面产生的极化电势P1，信号S2中包含由流体流速V产生的感应电势E2和由电极2表面产生的极化电势P2。图4．1 动态反馈极化控制方法的系统结构原理框图
根据法拉第电磁感应定律，信号S1中的感应电势E1与信号S2中的感应电势E2的差值E=E1--E2=K×B×D×V，K是一个可确定的系数。其特征在于两个测控单元的输入分别相应的连接两个电极1和2，输出连接开关K1和K2 的一端，开关的另一端又连接到对应的电极上。开关K1周期地在TIO时间段和T11时间段分别处于断开状态和闭合状态，使测控单元1以T10时间段和Tll 时间段为周期对电极1上信号S1进行测量和控制，为保证电极1上信号S1的周期电势和为零，测控单元1使电极1上信号Sl有Tll×SI=--T10X SAI，SAl 是测控单元1在T10时间段对电极1上信号S1的测量值。同理，开关K2周期地在T20时间段和T21时间段分别处于断开状态和闭合状态，使测控单元2以T20时间段和T21时间段为周期对电极2上信号S2 进行测量和控制，为保证电极2上信号S2的周期电势和为零，测控单元2使电极2上信号S2有T21×S2=--T20XSA2，SA2是测控单元2在T20时间段对电极2上信号S2的测量值。信号Sl和S2放大后的值作为信号后处理单元的输入，来分析得出流体流速V。
上面所述的测控单元1和2由放大系数分别为A10和A20的信号放大器、由时序H10和H20操作的具有放大系数All和A21的采样保持器、加法器、具有放大系数-A12和．A22的反向放大器和时序发生器组成。电极1上信号S1 经放大后输出M10=A10×S1，M10连接到采样保持器1的输入和加法器1的一个输入，采样保持器1的输出M1I=A10XAll×Sl，Mll连接到加法器1的另一个输入，加法器1的输出M12=M10+M11，M12连接到反向放大器1的输入， 反向放大器1的输出M13=--A12×M12，M13连接到开关K1的一端，开关K1的另一端连接到电极1；时序发生器1以TIO时间段和Tll时间段为周期产生时序H10和时序H11。同理，电极2上信号S2经放大后输出M20=A20×S2，M20连接到采样保持器2的输入和加法器2的一个输入，采样保持器2的输出M21=A20×A21× S2，M21连接到加法器2的另一个输入，加法器2的输出M22=M20+M21， M22连接到反向放大器2的输入，反向放大器2的输出M23=--A22×M22， M23连接到开关K2的一端，开关K2的另一端连接到电极2；时序发生器2以T20时间段和T21时间段为周期产生时序H20和时序H21。时序H10、Hll和H20、H21的时序波形如图4．2所示。时序H11，时序1-121 根据图4-2所示的时序发生器波形，图中时序H10=H20，时序H1l=H21。以电极l为例，使测控单元1和开关KI进行如下测量与控制的步骤： (a)在T10．时间段，电极1上信号S1有Sl=S1(T10)，时序发生器1产生的时序Hll使开关1的两端处于断开状态，即反向放大器l的输出M13与电极1断开：时序发生器1产生的时序H10使采样保持器l由保持状态进入采样状态后再进入保持状态，采样保持器1在采样状态有输出M1I=A10XAll XSl(T10)，采样保持器1进入保持状态后输出Mll=A10XAll×SAl， SAI=S1(T10)是信号S1在T10时间段的值； (b)在T11时间段，时序发生器1产生的时序Hll使开关1的两端处于闭合状态，即反向放大器l的输出与电极1连接，测控单元1对电极l上信号S1 进行反馈式控制，在Tll时间段中使SI=S1(T11)，其中SI(T1 1)：一—A10xA—ll x A12×SI(T10)， 1+A10×A12 再使A10×A12远大于1和Tll×A11_T10，有S1(T11)=--All×SI(T10)， 保证了电极1上信号S1在一个周期内的电势总值为零，即满足Tll× S1(T11)=--T10×Sl(T10)； (c)测控单元1与开关Kl对电极1上信号S1进行上述周期的测量与控制。同理，测控单元2与开关K2对电极2上信号S2进行相同的周期测量与控制方法，使电极2上信号S2在一个周期内的电势总值为零，即满足T21× S2(T21)=一T20×$2(T20)。图4—2中的信号后处理单元将测控单元1中的M10=A10×S1和测控单元2 中的M20=A20×S2作为输入，信号后处理单元进行如下信号处理步骤： (a)将M10和M20加权相减后得到M0，有： Mo=M10×W1一M20×W2=A0×(S1一s2)，其中，A10×W1=A20×W2 iA0： (b)根据电极1上信号S1和电极2上信号S2中的周期电势和为零，使信号S1 中的极化电势P1和信号S2中的极化电势P2趋于零。即有： M0=A0×(sl--S2)=A0×(El--E2)=A0×KXB×DXV=A0×K0×V， 其中，K0是电磁流量传感器的一个系数。即可推算出流体流速V： V= MO MO A0×K×B×D A0×K0
上述动态反馈极化控制方法与现有技术相比，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，并将这种对电极的测量和反馈控制周期性的进行，基本上抑制了电极信号中的极化。从而可直接从两个电极信号的差值直接推算出流体流速V，使恒磁式电磁流量计应用于一般的导电性流体的测量成为可能。--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：
