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                      导体管壁电磁流量计信号处理系统设计
                      发布时间2019-03-11

                      摘要电磁流量计测量管壁为绝缘材料或者内壁附有绝缘层但该结构限制了电磁流量计应用范围同时绝缘层破损造成了测量误差因此有一类电磁流量计去掉?#21496;?#32536;层但这种设计会导致流量计输出信号下降而影响测量针对导体管壁电磁流量计输出信号减弱的特点提出了信号补偿法利用此方法对输出信号衰减程度进?#20449;?#26029;再此基础上进行信号补偿实验证明该方法提高了导体管壁流量计的测量精度和稳定度同时扩大了传统电磁流量计的使用范围
                      0引言
                      随着流量测量方法与技术研究工作的不断发展与进步预计未来5年中电磁流量计的使用规模将再增加301ݡ由于仪表使用范围广传统的电磁流量计一直以来就是研究的热点问题之一学者们针对不同结构的电磁流量计给出了研究成果并推动了电磁流量计的技术发展KOLLRL等2研究了一种利用多电极磁流量计边界周围的电?#21697;?#24067;进行速度重建析方法SHiY和WanGM3提出了一种基随着流量测量方法与技术研究工作的不断发展与进步预计未来5年中电磁流量计的使用规模将再增加301ݡ由于仪表使用范围广传统的电磁流量计一直以来就是研究的热点问题之一学者们针对不同结构的电磁流量计给出了研究成果并推动了电磁流量计的技术发展KOLLRL等2研究了一种利用多电极磁流量计边界周围的电?#21697;?#24067;进行速度重建析方法SHiY和WanGM3提出了一种基于感应技术的?#19981;?#24418;电极测量两相流中的感应电势和导电相的速度
                      LEEunGcuLSatiEn和LucaS56设计了一种用于在分层流中重建轴向速度分布的多电极磁流量计HELQ78提出一种用于非满管测量的电磁流量计传感器其中由并联多电极构成的平行阵列作为测流量计传感器REiSE?#28909;ˣP?0比较了不同几何结构的电极特征总结出双环型电极是用于测量两相空气水流体积浓度的最佳结构WatRaLZ1112?#28909;?#35774;计了一?#36136;?#29992;于矩形截面管道的电磁流量计用以测量明渠?#34892;?#24102;污染物和轴向速度不对称的液体对导体管壁电磁流量计的研究文献相对较少1315ݣ而这类传感器在核工业等场合有非常重要的应用
                      1理论背景
                      电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律导电流体切割磁力线产生感应电动势与流体流速成正比通过测量感应电势来实现利用电磁流量计对流体流速的测量目前电磁流量计的测量管衬里为绝缘材料将流体与测量管隔开且两个测量电极在测量管周向轴对?#21697;?#24067;由于绝缘材料基本为聚四氟乙烯制约了电磁流量计使用范围工作温度低于500棩电磁流量计在流量测量过程中绝缘衬里很容易与测量管道内壁脱离剥落拉破等从而导致对流量信号造成干扰影响测量精度去掉无绝缘衬里采用导体材料作为测量管的电磁流量计可以解决因传统内衬给测量带来的问题但是由于测量管道为非绝缘材料而导致传感器输出信号下降针对以上问题研究了一种测量单元来动态监测由于无绝缘衬里带来的测量信号衰弱同时给予微弱真实信号补偿来保证流量计测量的精度
                      当传感器为传统电磁流量传感器时即其电极为点电极管道为绝缘圆形直管流体为满管对称流流量计电极两端输出的电压U为
                      U=2R1B`n????????? (1)
                      式中B为磁感应强度Ri为管道内半径`n为导电流体平均流速
                      对于导体管壁电磁流量计导电流体以一定速度流过测量管道产生的感应电势不会完全由电极输出这是由于去掉绝缘衬里的导电管壁对流体感应电势产生短路效应
                      导体管壁电磁流量计电极输电压为

                      式中R为管道外半径W为管道电导率ң为导电流体电导率为流体与管道的接触电阻对比式1与2可知导体管壁流量计的电极间输出信号是有衰减的衰减率为롣为了提高导体管壁流量计测量的准确性及稳定性考虑通过系数对测量电极间输出信号进行补偿
                      2信号系统设计
                      电极结构如图1所示CE为感应电流电极E为反馈电极GE为接地电极SE为信号电极PE为电压电极
                      导体管壁电磁流量计电极结构图
                      如图2所示导体管壁电磁流量计输出信号由伺服放大模块对输出信号进行监控并补偿?#27492;?#26381;放大模块将传感器输出信号与反馈信号进行比较并放大当输出信号与反馈信号平衡时伺服放大模块停止工作信号经由采样保持模块进行模数转?#24359;?#20449;号再由差?#22336;?#22823;器及信号输出放大器进行放大使得对传感器输出微弱信号进行更精确的放大
                      电磁流量计信号处理系统结构图
                      3实验验证
                      在实验室中利用所设计的补充信号系统对导体电磁流量计进行实验实验中采用恒幅电流和?#25512;?#30697;形波50/16Hz产生励磁要保证放大器第一级的输入阻抗必须足够高否则会产生误差补偿效果不理想被测导电液体的电导率为510S/cm实验中采用的水电导率为163S/cm测量管道外径为30mm内径为27mm电极之间的阻抗约为在5001000K

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