电磁流量计讲稿分析.doc

电磁流量计 工作原理 1．1 传感器 电磁流量计是一种应用法拉第电磁感应定律的流量计,用于测量封闭管道中导电液体和浆液的体积流量。电磁流量计由电磁流量传感器和电磁流量转换器两大部分组成。 图1为传感器工作原理图示： 图1 电磁流量计工作原理示意 图中： B：磁通密度，和励磁线圈中通过的双向脉冲恒定励磁电流成正比，是一常数。 D ：导管内径，常数。 UE ：信号电压 v ：导电介质的平均流速 如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，流动方向垂直的方向上产生与流成比例的感应电势UE 。U=BLV U可测，B一定，L一定. UE ∝ B * D * v D，B均为常数，故可计算出流速，进而计算出流量Qv ： s=πR2 Qv = (π/4) * D2 * v 1．2 转换器工作原理 通用的仪器仪表不能检测电极上感应的信号,只能由配套转换器完成。从传感器电极输出的流量信号有以下特点： ① 是以介质为参考点(0V)的差动信号。 故必须把介质电位作为信号地(0V)传输到转换器。传感器法兰和管道法兰必须“电气“连通，流量计在塑料管道等非金属管道使用时,必须加接地环或接地发兰，或传感器加接地电极。 ② 信号微弱。 UE ∝ B * D * v D为常数； B∝In In为励磁线圈的安匝数； 在一定流速下,欲增大流量信号,仅能增大磁通密度B.而B又正比于励磁电流I和励磁线圈n. 但增大励磁电流I不符合节能的原则,增加励磁线圈匝数n会使传感器变得笨重,线圈电阻的增加又影响励磁电流的恒流性能。 现在厂家通常用几百mA～几十mA的励磁电流产生0.X～0.0X mV(V=1m/s时)信号。而电子技术和电子元件的发展使接收如此微弱的信号成为可能。 信号内阻大。 传感器作为流量信号的电压源，其内阻R0为： R0= R0,传感器的信号内阻,Ω; σ,介质电导率,S/cm ; d,电极直径,cm ,通常d=1cm. 自来水: σ≈200μs/cm =2×10-4 s/cm, R0=5KΩ 高档电磁流量计允许的电导率下限: σ≈5μs/cm =5×10-6 s/cm， R0=200KΩ 传感器作为流量信号的电压源有如此之高的内阻,对信号的传输和接收都提出了较高的要求. 干扰多,幅度大。如: 共摸干扰, 微分干扰等。 共摸干扰: 由静电感应引起的在两个电极上产生的大小相等,方向相同的干扰电压：a. 励磁线圈对电极存在绝缘电阻和分布电容,此分布阻抗和流体内阻构成了分压回路,两电极上就产生了励磁电压的分压值; b. 在传感器与转换器地线之间存在着接地电阻, 杂散电流在接地电阻上的压降,使两电极对转换器输入端形成电位差,即共摸干扰. 杂散电流以50Hz工频电流居多. 微分干扰: 变压器效应引起的. 由一电极引线--一电极---流体内阻--另一电极--另一电极引线构成了一匝回路;而通过电极的测量管假想剖面不可能完全垂直,总有少许磁力线通过这个剖面,即通过上述一匝回路,感应出电压.此电压沿两引线传输至转换器输入端,但它并不反映流量变化,是一种干扰,并与励磁电流的变化率成正比,称微分干扰。 图2 微分干扰 干扰有的是外部引入的,如. 杂散电流引起的共摸干扰;有的是电磁流量计结构特点和工作原理引起的,如微分干扰. 根据上述电磁流量传感器的工作原理和信号特点，电磁 流量转换器的电子线路通常包含以下几部分： ① 抑制干扰，接收,放大,转换流量信号。 根据流量信号为差动信号,且内阻大,具有共摸干扰的特点, 输入级采用高输入阻抗,高共摸抑制比,低噪声,低飘移的运算放大器,构成差动放大输入电路。高档的转换器可达到 输入阻抗Ri=1010Ω，　 共模抑制比CMRR=120db。 图3 传感器内阻 图3表示: 传感器可以看成具有内阻Ro的信号电压源 ,当转换器输入放大级的输入阻抗Ri＞＞Ro时,才能精确检测信号电压Ue。 分离型信号传输采用多重屏蔽电缆,且内层屏蔽采用屏蔽驱动技术,使内层屏蔽与芯线等电位,外层屏蔽接地以防止干扰。如此,内层屏蔽与芯线间的分布电容对信号不分流,防止信号的衰减。更重要的是,避免了两路信号不对称的衰减,使共摸干扰变为差动干扰.而差动干扰信号更难抑制。 如开封厂E-mag E 型转换器上标有“DS1“和“DS2“的端子，意即“屏蔽驱动“，“DRIVE SCREEN“之缩写; 图4 屏蔽驱动 又因为存在微分干扰及励磁线圈电感的积分作用,每半个励磁周 期的起始阶段不稳定,所以对流量信号沿每半周期的后半段取样，即所谓同步采样技