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Hart协议新型电磁流量计励磁技术被广泛应用

Hart协议新型电磁流量计励磁技术被广泛应用:

   2.2.1励磁技术

   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,所以励磁技术先进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: 

  1、直流励磁技术

  直流励磁技术是利用永磁体或直流电源给电磁流量传感器励磁绕组供电,以形成恒定的励磁磁场,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。州稚鞋, 图2.1直流励磁tu-是,直流励磁技术存在的最大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牛的电势减弱,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。第二章系统分析及方案.暧计

  2、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。图2.2工频正弦波励磁然而,工频正弦波励磁技术在实际应用中会带来一系列电磁感应干扰和噪声。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。

  3、低频矩形波励磁技术

  低频矩形波励磁技术是一种介于直流励磁和工频交流励磁之间的励磁技术,其励磁波形如图2.3所示。它不仅具有直流励磁技术不产生涡流效应、正交干扰、同相干扰等优点, 还具有工频正弦波励磁技术不产生极化效应、流量信号便于放大处理等优点。(a)单极性低频矩形波(b)双极性低频矩形波图2.3低频矩形波励磁由于励磁线圈并非王}I!想电阻,励磁电流在上升和下降阶段存在的微分干扰使矩形波前后沿变平坦,而且在测量浆液等液固两相导电性流体时电极表面还会产生尖峰电势干扰。这些缺点限制了该励磁技术的广泛应用。

  4、低频三值矩形波励磁技术

   低频三值矩形波励磁技术采用工频频率八分之一为频率,使励磁电流按照正·零·负·零·正的规律变化,其励磁波形如图2.4所示。其最大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。图2.4低频三值矩形波jli|l磁低频三值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牢流体流量时表现出明显不足。

  5、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I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于1988年提出双频矩形波励磁技术,其励磁波形如图2.5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。图2.5双频矩形波励磁

hart协议电磁流量计

   目前,市场上电磁流量计产品丰要采用低频矩形波励磁方式和低频三值矩形波励磁方式。这两种励磁方式不仅可以克服直流励磁产生的电极极化效应,也可以克服工频正弦波励磁产牛的正交干扰影响。而且采用低频三值矩形波励磁方式,可以近似认为零值励磁阶段的感应电动势信号为电磁流量计的零点漂移值,进而对流量计的零点进行动态补偿,进一步提高电磁流量计的零点稳定性。但是,由于矩形波正负极性交替突变,必然造成传感器中的励磁线圈上的磁场强度变化率极高,从而引入了极大的微分干扰和同相干扰,并且这两种干扰信号幅值与流量大小无关。因此,在小流速阶段,使传感器输出的感应信号的信噪比明显降低,造成测量误差极大,零点稳定性也相应降低。对于双频矩形波励磁方式来说,虽然既可以保证零点稳定性又可以不牺牲仪表动态响应速度,但由于此励磁方式的励磁装置结构复杂,价格昂贵,因此在实际产品中所占比重较小。基于项目实际要求状况, 大家采用低频三值矩形波的励磁方式。


 


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