电磁流量计信号处理系统的研究结果分析
电磁流量计信号处理系统的研究结果分析
5．4．1实验装置的设计
进行电磁流量计信号处理系统的研究，应有相应的试验装置，即可进行试验研究的传感器及进行流体流动的试验管道，来检验所设计系统的测量正确性和稳定性。试验管道系统要求能够控制流动的流量大小，测量用的实验装置如图5-15 所示。
该装置包括管道(口径为50IIlm)、试验用电磁流量计、标准电磁流量计、沪东电机公司的Y90S．2三相异步电动机、水泵、水箱和阀门等部分。其中，ADMACSE标准电磁流量计已经过严格标定，能显示瞬时流量、瞬时流速、累积流量等信息，和试验用的电磁流量计一起安装在实验装置上，作为待研究的电磁流量计的标定仪表，进行比对实验。图5．15电磁流量计实验装置示意图
(一)电磁流量传感器的安装要求
根据流体力学的经典理论，传感器测量管内流速分布为轴对称时，电磁流量计的测量准确度不受流速分布的影响【5】。工艺管道中的弯管、阀门等都会引起流动畸变、二次流或漩涡，破坏了原有充分发展的流速分布状况。要让流体恢复其轴对称的流速分布，需要保证在流量传感器的前后都有相当长度的直管段。
一般来说，安装电磁流量传感器时，要求前直管段长度最少为5D，后直管段长度最少为3D(D为测量管道的内径)。如图5．15所示的实验装置中，试验用电磁流量计和标准电磁流量计都垂直安装，这样，在保证满管测量的条件下， 流速均匀稳定，测量更准确。下文介绍的所有实验都是在该安装方式下进行的。当导电流体切割磁力线产生流量信号时，是以流体本身作为零电位的，一个电极上产生正电势，另一个电极上产生负电势。因此，测量电路的地线必须与流体导通且等电位，这样才能保证系统良好的接地效果和测量的准确性【5】。对于实验用的电磁流量传感器，它两端的塑料管道上并没有安装接地电极， 而是借助于传感器两端的接地法兰，以扩大接地面积，充分保证良好的接地效果， 图5．16所示为传感器在绝缘管道上的安装方法。最后将两个接地环、测量电路的地线和大地连接起来【5】。
1．测量接地；2接地导线；3．接地环图5．16传感器在绝缘管道上的安装方法
(二)实验测量装置的工作流程
实验测量过程中，系统的工作流程如下：打开阀门，启动变频器，设置变频器的显示频率，电动机在变频器的控制下按一定的速度旋转，带动水泵工作，将水桶里的水抽进水箱后，在压力的作用下，水流先竖直向下流经阀门，再竖直向上以满管的流量依次流经标准电磁流量计(ADMACES)和试验用电磁流量计， 然后流回水箱，如此形成循环。水流流向如图5．15中箭头所示，可以通过调节阀门开量获取不同的流速。试验用电磁流量计将输出的流量信号通过Uart串口通信发送给Pc机上的接收平台作进一步的数据处理。
5．4．2信号处理系统的功能验证实验
在进行管道流量测量前，需要先检验智能电磁流量计信号处理系统的功能是否可以实现，以及功能是否完善。在功能验证性试验阶段，可以用信号发生器代替电磁流量传感器电极，将设置好的
首先，对系统最基本的放大及滤波功能进行验证。在信号发生器上产生一个50Hz的正弦波信号，幅值10nlv，作为信号处理系统的输入信号。仪表差分放大器的增益电阻RG选了10K，则根据式(5．1)放大倍数为6倍。图5．17(A)为信号直接输入。输入通道未加屏蔽的情况，由图中可|；王看出．信号中叠加了很多高频噪声．波形不好：圈5_17(B)的波形是在输入通道外层添加了屏蔽层，并且增加了滤渡电阻后的情况，通过图形对比，明显可以看出．比5．17(A)的波形有了明显的改善． (A) (B) 圈5．18运算放大器豹输出波形图5．18(B)为把输入信号改为同频率的占空比50％的方波得到的运放输出端波形。从这里可以清楚地看到在低通滤波器的作用下，高频信号被滤除．方波信号出现圆角．A (C) B) 图5一19输入信号加入偏执后运放的输出波形要验证本系统对零漂的消除功能，可以选取一个带偏置的输入信号，如图5—19(A)所示。输入信号为信置10Ⅱlv的正弦波信号。假如没有基线控制的反馈式信号处理方法的反馈信号作用，输入信号经过多级放大后饱和，运放的输出部分饱和，无法正确得到感应电动势信号。圈5·19 (B)为没有反馈信号时运放的输出信号。圈5．19(c)为系统正常工作时．运放的输出。从圈中可以看到，输入偏置量*校正。输出信号关于时间轴对称。由此可得。本系统对于电拦流量计的零点漂移．可以*消除，效果良好． 再检验系统发出的励磁信号，以5miz二分频为例。圈5_20(A)为cPu用作励磁驱动的两个∞引脚上的输出波形，5也0(B)为系统发出的励磁波形。由以上验证可得．本系统的基本功能包括：差分、放大、渣波、消除零躁、励磁等．都可以满足5．1节中系统设计时的需求。翔璺|一毒璺诗磊稀焉]磊需图5．20系统产生的励雉波形
5．4．3实验及结果分析
实验的主要目的是检验本文研究的开封电磁流量计信号处理系统的稳定性、重复性和准确性。连接好实验装置，按照5．4．2节介绍工作流程涌量流速信号。通过调节褥门控制流体流速，观察经过信号处理系统放大处理后的感应电动势信号的变化。选用50H2二分频，从圈5-2l可以看到，得到的感应电动势信号频率为12．5IIz，与励磁信号周期相同。根据电磁流量计原理及式(1一1)，感应电动势信号与流速成正比，即随着流速的增大，感应电动势信号应该相应增大。圉5-2l(A)到(D)为流速逐渐增大时取得的感应电动势信号，可以明显看到幅值依次增大。由此可得，本信号处理系统可以定性的反映流速变化，并且测量结果稳定。从图形中也可以看到，电动势信号在正反向励磁周期，其幅值基本关于时间轴对称。从而可以看出基线控制法得到了很好的实现，零点漂移得到了抑制。对比图5-2l波形的变化趋势。和Pc机平台接受到的流量数据分析结果，可以看出感应电动势的幅值和流体流速具有良好的线性关系。由此也进一步验证了本信号处理系统的定性分析和定量测量结果都比较理想． 综上所述，本系统采用的基线控制法的实现方法*可行，实验样机的测量结果也基本符合设计要求。上海大学磺士学位论文F—彳零—等j一卜—了F?警亲一嘉。篇撇b麟霉嗣喂打雷耵”叶露丌器扎焉旷墨郭熏丌臻『r“叮船亓黑硼一(A) (B) 一．腓懈矗L一诗诿乙蒂稀磊黑矛磊磊话帚；i矸《薪磊矛(C) (D) 图5-21感应电动势信号随流速的变化情况当然，器量结果的稳定性和重复性还仅仅是基本符合要求，数据的准确性和重复性还有待理论分折和大量的实验作进一步的验证完善。目前的研究还是停留在实验和样机的初步设计阶段，反映流速的感应电动势的稳定性和重复性还需要大量的实验和理论分析做进一步的验证和研究。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：
