摘要(yào):智能插入式電(diàn)磁流量計 是一(yi)種應用法拉第(di)電磁感應定律(lǜ)的流量計。依據(jù)“拓😍普變⁉️換🍓”原🥵理(li)對傳感器進行(háng)設計。将傳統雙(shuang)電極結構變換(huan)爲單🐇電極結構(gou),把另一個電極(ji)作爲虛拟電極(jí)對待,傳感器的(de)結構采用單電(dian)極,并将線圈分(fèn)置于電極兩邊(bian),控制磁力線分(fen)布趨勢,從而實(shí)現高穩定、可靠(kào)、高精度的測量(liang),同時使傳感器(qì)密封空間得到(dào)擴展。
流量是一(yi)個動态量,流量(liàng)測量是一項複(fu)雜的技術🐅。從📐被(bèi)測流體來說,包(bāo)括氣體、液體和(hé)混合流體這三(sān)🏒種具有不同物(wu)理特性的流體(ti);從測量流體流(liú)量時🔱的條件來(lái)說,又是多種多(duo)樣的,如測量時(shí)的溫度可以從(cong)高溫到極低溫(wēn),測量時的壓力(lì)可以從高壓到(dào)低壓;被測流量(liàng)的大小可🌈以從(cong)微小流量到大(da)流量;被測流體(ti)的流動狀态可(kě)以是層流、紊流(liú)等等。此外就液(yè)體而言,還存在(zai)粘度大小不同(tóng)等情況。因此,爲(wèi)準确的測量流(liu)量,就☔必須研究(jiu)不同流體在不(bú)同條件下的流(liu)量測量方法,并(bìng)提供相應的測(ce)量儀表。這⁉️是流(liú)量計量的主要(yào)工作之一。目前(qian)國外投入使用(yòng)的流量計有100多(duo)種,國内定型🐆投(tóu)産的也有近20種(zhǒng)。
　　随着工業生産(chan)的自動化,管道(dao)化的發展,流量(liàng)儀表在整個儀(yi)表生産中所占(zhàn)比重越來越大(da)。據國内外資料(liao)表明,在不同的(de)工業🍓部門中所(suǒ)使用的流量儀(yí)表占整個儀表(biao)👄總數的15%～30%。随着流(liu)量儀表的迅猛(meng)發展,流量标準(zhun)裝置也得到較(jiào)快發展,流量量(liàng)值傳遞網絡已(yi)經形成🥰。目前水(shuǐ)、油、氣、蒸汽高精(jīng)度的流量标準(zhun)裝置已在國家(jia)、省市計量機構(gòu)建立,确保其流(liú)量量值傳遞的(de)準确一緻。盡管(guan)如此,由于🔞流量(liang)測量技術♻️的複(fu)雜化,以及科學(xué)技術的迅速發(fa)展🚩向☎️流量計量(liang)提出更新更高(gāo)的要求🏃‍♀️,流量計(jì)量的現況遠不(bu)🛀能滿足生産的(de)需要,還有大量(liàng)的流量計量技(ji)術問題有🐆待進(jin)一步研究解決(jué)。
1　智能插入式電(dian)磁流量計的工(gōng)作原理
　　電磁流(liú)量計是一種應(yīng)用法拉第電磁(ci)感應定律的流(liú)量計🍉。流量🌈計的(de)測量管是内襯(chèn)絕緣材料的非(fei)導磁合金短🐪管(guǎn)。兩👨‍❤️‍👨隻電極沿㊙️管(guan)徑方向貫通管(guan)壁固定在測量(liàng)🤞管上,其電極頭(tóu)與内表面基本(ben)平齊。勵磁線🈲圈(quan)由雙向脈沖勵(li)磁時,将在與測(ce)量管軸線垂直(zhi)的方向上産生(shēng)一磁通密度爲(wèi)B的工作磁場。此(cǐ)時,如果具有一(yi)定電導率的流(liu)體流經🥵測量管(guǎn),将切割磁力線(xiàn)感應出🔴電動勢(shì)E。電動勢E正比于(yú)磁📞通密度B、測量(liàng)管内㊙️徑D與平均(jun1)流速的乘積、電(dian)動勢E(電流信🎯号(hào))由電極檢出并(bìng)通過電纜這至(zhi)🚶‍♀️轉換器。轉換器(qi)将流量信号💘放(fang)大處理後,可顯(xiǎn)♻️示流量、總量,并(bing)能輸出✍️模拟、脈(mò)沖✌️等信号,用于(yu)流量的控制與(yǔ)調節[1-3]。
E=kBdv
式中:
E-爲電(dian)極間的信号電(diàn)壓(V);
B-爲磁通密度(dù)(T);
d-爲測量管内徑(jing)(m);
v-爲平均流速(m/s).
　　K,d爲(wèi)常數,由于勵磁(cí)電流是恒流的(de),故B也是常數,則(ze)由㊙️E=kBdv可知💰,體積流(liu)量Q與信号電壓(ya)E成正比,即流速(su)感應的信号電(diàn)壓E與體積Q成線(xian)性關系。因此,隻(zhī)要測量出E就可(kě)确定流量Q,這就(jiu)是電磁流量🌈計(ji)的基本工作原(yuan)理。
2　儀表的硬件(jian)設計
2.1　儀表的電(diàn)極設計
　　電磁流(liú)量計是在“法拉(lā)第電磁感應定(dìng)律”應用方面進(jìn)行🏒了創新,依據(ju)“拓普變換”原理(lǐ)對傳感器進行(háng)創新設🙇‍♀️計。将傳(chuán)統雙電極結構(gou)變換爲單電極(jí)結構,也🌍就是把(bǎ)另一個電極作(zuò)爲虛拟電極對(duì)待。通過控制勵(lì)磁電流和線圈(quan)的分布位置,使(shi)其産生的磁場(chǎng)穩🤞定地分布在(zài)真實電極周圍(wei),而使虛拟電極(ji)處磁場強度近(jìn)似爲零,則感應(yīng)出的電動勢很(hěn)小,可以忽略不(bu)計,故隻留一個(gè)電極。
　　将上述的(de)這一理論用于(yu)電磁流量計測(ce)量導電液體的(de)流量時,如圖1所(suǒ)示,磁場由勵磁(cí)線圈産生,兩電(diàn)極之間距離L便(bian)是導體長度,流(liu)體流速v就是導(dǎo)體運動速度。根(gēn)據電🈚磁感應💘定(dìng)律将在電極周(zhōu)圍形成磁場,而(er)另一♍個電極周(zhōu)👌圍形成的磁場(chǎng)可以忽略不計(jì)✌️,就可将其視爲(wei)虛拟電極,從而(er)實現單電極檢(jian)測流速,如圖2所(suo)示。


　　在電極(jí)方面由于采用(yòng)了單電極雙線(xiàn)圈,通過控制勵(lì)磁信号和磁力(lì)線發射角度,使(shǐ)磁力線分布密(mì)度不受管道材(cai)質👈、管道直徑、插(chā)入管道深度等(děng)外部條🎯件的影(ying)😄響,保證👣了有效(xiao)磁場的穩定,從(cong)而大大提高了(le)測量精度。
2.2　傳感(gǎn)器的結構設計(ji)
　　傳感器是采集(jí)感應電動勢數(shù)據的關鍵部件(jiàn),不僅要求🛀采集(ji)數據準确,抗幹(gan)擾能力強,而且(qiě)還能長期工作(zuò)在比較複雜的(de)🈲外部環境中。傳(chuan)統的插入式流(liú)量計由于安裝(zhuāng)🙇‍♀️的管道❤️材質、管(guǎn)道的直徑等等(deng)外部條件的變(biàn)化,使得傳感器(qi)内部🥵磁力線分(fèn)布發生了變化(hua),磁場強度也發(fa)生了變化,引起(qǐ)了💋測量誤差[4-5]。
　　智(zhi)能型插入式流(liú)量計利用拓普(pǔ)變換原理對傳(chuan)感器的結構進(jin)行重新設計。采(cǎi)用單電極,并将(jiang)線圈分置于電(dian)極✔️兩邊👉,控制磁(cí)力線分布趨勢(shì),使電極周圍的(de)磁場強度不随(sui)外部條件的變(biàn)化而變化,從而(er)實現高穩定🐉、高(gao)可靠、高精度的(de)測量,由于采❌用(yong)了單電極結構(gou),使得傳感器密(mì)封空間得到了(le)☁️擴展,可将電極(ji)和端面固定在(zai)金屬基體上,使(shǐ)傳感器端面可(ke)打壓到25MPa,而耐溫(wen)180℃而不發生變✍️形(xíng),确保了密封性(xìng)。
2.3　智能轉換器的(de)設計
　　智能轉換(huan)器主要是爲傳(chuán)感器勵磁線圈(quān)提供勵磁電磁(ci),同時接收傳感(gǎn)器電極檢測到(dào)的電信号,通過(guò)🛀🏻中央☎️處理器進(jin)行數據的運算(suàn)和處理,然後進(jin)行現場顯示和(he)遠程通信[6-7]。
2.4顯示(shi)部分設計
1)LCD顯示(shi):顯示屏需對流(liu)量、累計流量、壓(yā)力、溫度、時間等(deng)進行顯示✊,普通(tōng)的LED不能滿足要(yao)求,故采用基于(yu)單片機的液晶(jīng)顯示産品更加(jia)适合。
2)A/D轉換:采用(yong)A/D轉換器将流量(liang)、壓力、溫度等這(zhe)些模拟信号輸(shu)🔱入到顯🐉示模塊(kuài)單片機。
3)D/A轉換:選(xuan)定12位的D/A轉換器(qi),該轉換器可與(yǔ)CPU直接相連,以減(jian)少硬件占用空(kong)間。D/A轉換器将完(wán)成4～20mADC信号。
3　數字濾(lǜ)波設計
　　該方法(fǎ)是先在RAM中建立(li)一個數據緩沖(chong)區,依順序存放(fàng)N次采樣❌數據(即(ji)把N個測量數據(jù)看成一個隊列(lie),隊列的長度固(gu)定🌈爲N)。然後每采(cai)進一個新的數(shù)據,就将🐇新數據(ju)存入隊尾,同時(shí)将緩沖區中最(zuì)早采集(隊首)的(de)一個數據去掉(diao)。再求出當前RAM緩(huan)沖區中的N個數(shu)據📱的算術平均(jun1)值或加權平🐕均(jun)值。這樣,每進行(háng)一次采🙇‍♀️樣,就可(kě)計算出一個新(xin)的平均值,即測(cè)量數據取一丢(diu)一,測量一次便(bian)計算一次平均(jun)值☂️,大大加快了(le)數據處理能力(li)。

　　假設環形隊列(liè)的地址爲40H～4FH,共16個(ge)單元,用R0作隊尾(wei)指示,并且INPUTA爲新(xīn)采樣數據處理(li)子程序,子程序(xu)已将新數據置(zhì)入累加器A中,其(qi)👉流程如圖3。
程序(xu)清單如下:



4　結束語(yu)
　　在國民經濟各(gè)行業的生産中(zhong),普通導電液以(yi)及強酸,強堿👌等(deng)強腐蝕液體和(he)泥漿、礦漿、紙漿(jiang)等均勻液固兩(liang)相浮液體都需(xū)要進行準确地(di)流量計量。但是(shì)以往常常采用(yong)📐的渦街式、葉輪(lun)式、渦流式、超聲(shēng)波式等流量計(jì)或者因爲測量(liàng)精度低,或者因(yin)爲價格高,或者(zhě)不能适應惡劣(lie)環境等等因素(su)不能被用戶使(shi)用。近年來電磁(ci)⭕流量計以其精(jīng)度高、抗震性好(hao)、耐腐蝕等優勢(shì)🔅脫穎而出,智能(neng)插入式電磁流(liu)量計與普通的(de)電磁流量計相(xiàng)比由于采用了(le)單電⁉️極,使得傳(chuán)感器結構❗可以(yǐ)做的很小,使用(yòng)範圍可以擴大(dà)減小了密封點(dian),使可靠性增強(qiáng),保證了質量。

以(yǐ)上内容來源于(yú)網絡，如有侵權(quan)請聯系即删除(chu)!