电磁流量计的常用励磁技术
电磁流量计的常用励磁技术
因为电磁流量计的励磁技术决定了电磁流量传感器工作磁场的特征，所以励磁技术*与否直接影响到电磁流量计的检测精度。到目前为止，励磁技术主要有如下几种∞o"舢9,2‘魏趣巩矾删：
一、直流励磁技术
直流励磁技术是利用永磁体或通过直流电源给电磁流量传感器励磁绕组供电，来形成恒定的励磁磁场，其励磁波形如图2-1所示。该技术具有方法简单可靠、受工频干扰影响小、流体中自感现象可忽略不计等特点。L D ■-蹦宿II’ 图2-1直流励磁目前，直流励磁技术存在的问题是直流感应电势在两电极表面形成固定的正负极性，从而引起被测流体介质电解，导致电极表面出现极化现象。这种现象的存在将使由流量信号感生的电势减弱，电极间等效电阻增大，同时出现电极极化和电势漂移，以至严重影响信号转换放大部分的工作．其次，直流励磁在电极间所产生的不均衡的电化学干扰电势叠加在直流流量信号中，不仅无法消除， 而且还随着时间、流体介质特性以及流体流动状态等变化而变化。再次，直流放大器的零点漂移、噪声和稳定性等问题难以获得很好解决。基于以上原因，直流励磁技术目前仅应用于导电率*而又不产生极化效应的液态金属流量测量中。
二、工频正弦波励磁技术
工频正弦波励磁技术是利用工频50Hz正弦波电源给电磁流量传感器励磁绕组供电，使之形成正弦波励磁磁场，其励磁波形如图2．2所示。其主要特点是能够基本消除电极表面极化现象，降低电极电化学电势影响和传感器内阻。另外，输出流量信号仍然是工频正弦波信号，易于信号放大处理。尽管如此，工频正弦波励磁技术并非，其在实际应用中会带来一系列电磁感应干扰和噪声。首先，电磁感应产生正交干扰(又称为变压器干扰电势)。该干扰的幅值与频率成正比，相位比流量信号相位滞后900，且一般又远远大于流量信号。因此，如何克服正交干扰电势的影响是该技术应用的主要难题。其次，由电源电压幅值和频率波动所产生的电源性干扰。再次，存在电磁感应涡流效应、静电感应分布电容、杂散电流之间产生的同相干扰。这些干扰电势的频率和工频*一致，并叠加在流量信号之中难以消除，以致于智能型电磁流量计零点不稳定。因此，实际应用中必须采用相敏整流、线路补偿、自动正交抑制等措施，以消除与流量信号频率一致的工频干扰电压。B-B·嘲Iu‘ 八／＼／＼.t— V V V 一图2—2工频正弦波励磁
三、低频矩形波励磁技术
1955年，A．B．Denison、M．ESpencer和H．D．Green首先提出采用低频矩形波励磁的思想，并试制成功30Hz低频矩形渡励磁电磁血液流量计，但由于当时信号放大技术水平较低，信号处理困难而未能在工业应用上实施。随着电子技术的发展和新型电子器件的不断出现，1970年德国Krohne公司和荷兰Altometer公司的Dr． ICBonfig和EHofman首先研制成果单极性低频矩形波励磁电磁流量计并投人工业应用。70年代中期，工业发达国家纷纷研制成功双极性低频矩形波励磁电磁流量计并取代工频正弦波励磁电磁流量计，从而开始了低频矩形波励磁电磁流量计的工业应用时代。]r]厂]r．， 婚● ]广]r]r。U U U未Ca)摹覆{生低频戆彤波(b)敢极性低频矩形渡图2-3低频矩形波励磁示意图电磁流量计的长期工业应用表明，工频正弦波励磁技术虽然采用多种抗干扰技术措施，但仍然很难排除与流量信号相一致的工频干扰。于是为了*解决电磁流量计工频干扰问题，提高流量测量精度，介于直流励磁和工频交流励磁之间的低频矩形波励磁技术被提出。此项励磁技术既具有直流励磁技术不产生涡流效应、变压器效应(正交干扰)和同相干扰等优点，又具有工频正弦波励磁基本不产生极化效应，便于放大信号处理，而能避免直流放大器零点漂移、噪声、稳定性等问题的优点，具有较好的抗干扰性能，得以在电磁流量计中广泛应用。
四、三值低频矩形波励磁技术
三值低频矩形波励磁技术采用工频频率八分之一为周期，使励磁电流按照正一零一负一零一正的规律变化，其励磁波形如图2-4所示。此项励磁技术特点是能够在零态时自动校正零点，具有零点稳定的特性。此外，该技术还可利用微处理器的逻辑判断功能和运算功能解决尖峰干扰电势的影响。三值低频矩形波励磁技术虽然具有良好的零点稳定性，但同样存在励磁电流积分干扰的影响，且在测量泥浆、纸浆等含纤维或固体颗粒流体及低导电率流体流量时表现出明显不足。固体颗粒擦过电极表面时产生的低频尖峰噪声和流体流动噪声，往往导致电磁流量计的输出摆动，甚至影响仪表的正常工作。I口] 厂] 厂] 一U U 7 图2-4三值低频矩形波励磁
五、双频矩形波励磁技术
研究分析表明：干扰噪声具有1／f的频谱特征，低频时幅值大，高频时幅值小．在测量低导电率液体流量时，电极电化学电势的定期变化将产生随着流量增加而频率增加的随机噪声，即流体流动噪声。这种噪声同样具有和尖峰噪声相类似的1／f频谱特性，因此可通过提高励磁频率的方法降低尖峰噪声和流体流动噪声对流量检测的影响。为了解决测量泥浆、纸浆、矿浆等液固两相导电性流体时出现的尖峰噪声干扰，日本横河北辰电机株式会社精心总结各种励磁技术的特点， 于1988年提出双频矩形波励磁技术，其励磁波形如图2．8所示。双频矩形波励磁技术虽然可以解决尖峰噪声干扰，但使转换器结构变得复杂，成本增加，同时增加了传感器功耗，不利于节能。I- ]几门几门门几n — U U U U 7 图2—5 双频矩形波励磁由上面分析可知，传统正弦波励磁的难题是无法*解决工频干扰问题， 同时其正交干扰与励磁频率成正比，经常会淹没流量信号：低频方波励磁很大程度解决了工频干扰和正交干扰，但又存在微分干扰的问题，同时仍然存在涡电流的影响；在低频励磁方式上改进的三值低频矩形波励磁改善了微分干扰状况，但不能解决其它一些干扰问题。基于上述情况，充分考虑到各个励磁方式的优缺点，利用单片机对励磁方式可调的原理，我们设计了对电磁流量计励磁方式可选的方案， 根据不同的测量介质，可以选择不同的励磁方式，可能的减少各种干扰对系统的影响，在这里，我们选择三值低频矩形波作为本项目的默认励磁方式，并对此励磁方式进行了单片机编程。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、插入涡街流量计、智能涡街流量计，更多信息请访问开封中仪网站：
