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2016恒磁式电磁流量计研究意义和内容所在

2016恒磁式电磁流量计研究意义和内容所在:

  先进行以下简单的实验:一个小线圈在图2-2(a)所示的传感器管道内切割磁场的方向运动,根据法拉第电磁感应定律,当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时,回路中会建立起感应电动势,此感应电动势正比于磁通量对时间的变化率。当线圈运动速度较快(小于1.0m/s)时,磁通量对时间的变化率较大, 产生的直流感应电动势的幅值可以达到lOmv;反之,当线圈运动的速度较慢时, 直流感应电动势也可以达到2mv。

    由此也进一步证明了磁钢产生的磁感应强度显著增大了。磁钢产生的磁感应强度比通电励磁线圈产生的磁感应强度的确大一两个数量级以上,所以,线圈切割磁场产生的感应电动势很大,信号变化非常明显。而且,磁钢产生的磁感应强度几乎不变,对测量而言,感应电动势仅仅受流速的影响。

    电磁流量计采用永磁体励磁较通电线圈励磁有以下优点:首先,传感器结构简单,不必花费很大的精力去设计励磁线圈和励磁电路,也不必考虑励磁引入的干扰问题;其次,用永磁体励磁可以大大减小电磁流量计的功耗,用通电励磁线圈产生磁感应强度时,仪表的大部分功耗都消耗在产生励磁电流上;另外,用永磁体励磁可保持电磁流量计在原理上的快速响应特性:最后,永磁体较通电线圈产生的磁感应强度更大,因而,在相同的流速和管道内径的条件下,反映流速的感应电动势可增加近两个数量级,由此可充分扩大它在低流速下的测量能力。不足之处在于:如果测量管道和测量流体中含铁锈等杂质时,因永磁体的永久磁性作用,铁锈将被永久地吸引在有永磁体的管道内壁。随着铁锈的增多,相对于该部分管道内壁有阻挡体,流体流过该部分管道时,流速会发生变化,影响测量结果。

   当然,恒磁式电磁流量计的研究是电磁流量计多年来的研究难题之一,本文的研究目的更多的是探索恒磁励磁方法的可行性,定性反映流速,并初步定量测量,为最终实现该技术的产品化提供初步的实验方法和思想。就恒磁式电磁流量计目前的研究而言,主要难点集中体现在以下几点: 

  (1)极化电压与电极材料、液体性质有关,且影响感应电动势; 

  (2)直流极化电压随机性大,且远远大于反应流速的感应电动势; 

  (3)实际测量过程中,两电极上叠加了一系列的干扰信号; 

  (4)尽管磁感应强度增大了很多,但与极化电压相比,反应流速的感应电动势仍然非常微弱。

   以上众多问题使得从一个较大的无规律随机变化的极化电压中提取出有用的微弱感应电动势十分困难,也是目前电磁流量计研究的难点之一。

   正是基于永磁体励磁的以上优点和前人已有的研究思想方法,比较现有的电磁流量计有关的技术,本课题试探性地用永磁体(磁钢)测量流速,从极化电压的角度出发,而不像现有的电磁流量计那样避开极化问题,探索了几种相关的实验方法,最终,在参考和借鉴电极结构、极化现象产生机理和双电层理论㈣的基础上,提出了一种有效的动态跟踪极化电压的方法以抑制极化电压,提取出感应电动势,定性反应流速。

   因此,本课题要首先设计了恒磁式电磁流量传感器,然后探索多种实验方法, 设计相应的硬件测控电路和配套的App。最好通过和已标定的电磁流量计测量结果比对,验证本文设计的方法。

    本论文内容安排

   本论文共分六章,全面系统地先容了恒磁励磁的电磁流量计的研究思路和具体实现方法。

  第一章从流量计量的意义出发,先容了电磁流量计的基本原理及两项主要的相关技术,同时,详细分析了电磁流量计现有的励磁方式的特点和优缺点,先容了恒磁励磁的电磁流量计国内外研究现状,指出本课题的研究意义和内容。第二章阐述了恒磁式电磁流量计的方法研究,详细先容了前期进行的几种基本实验方法的探索过程,最终从控制极化电压的角度提出了动态负反馈的思想。并先容了系统的设计要求及关键技术。这一章也是本课题的研究总纲。第三章详细阐述了恒磁式电磁流量计的硬件设计方法,主要先容了电源、信号调理电路、WD转换器、单片机相关电路、键盘和显示电路的设计方法。同时, 详细推导了测量相关的理论,分析了影响测量的关键因素。本章是本文的研究核心。第四章对恒磁式电磁流量计的App设计方法做了具体说明,包括App的总体设计,中断程序设计,12c程序,数据处理程序和LCD显示程序。本章是硬件电路设计的支撑和完善。第五章先容了该流量仪表的实验过程和软硬件联调的实验结果,并针对定性定量的结果进行了具体的分析。第六章是本文的总结,指出了研究内容的不足,并针对有待完善的研究内容和方向,提出了下一步的工作展望。

 


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