電磁流量計的小信號處理
電磁流量計的小信號處理
摘要：介紹電磁流量計的工作原理及特點，針對實際生產(chǎn)過程中流量累計時遇到的“小信號”現(xiàn)象，分析了其產(chǎn)生機理并提出了小信號切除方案。為保證流量測量和累計的準確可靠，對電磁流量計的正確安裝規(guī)范作了介紹。
關(guān)鍵詞：電磁流量計；小信號
隨著工業(yè)生產(chǎn)過程自動化和智能化程度的提高以及節(jié)能降耗和成本核算管理的要求，流量儀表在整個計量儀表中所占的比重越來越高。電磁流量計雖然可以精確地測量流體流量，但是如何解決測量中出現(xiàn)的“小信號”問題，也是影響計量準確的重要因素。
1電磁流量計的工作原理電磁流量計基于法拉第電磁感應(yīng)定律，通過測量導(dǎo)電流體在磁場中的感應(yīng)電動勢來計算流體流量。
電磁流量計通常由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。被測介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把電勢信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標準信號（4～20mA）輸出，以便進行指示、記錄或與電動單元組合儀表配套使用[1]。
電磁流量計變送部分的原理如圖 1所示。在一段用非導(dǎo)磁材料制成的管道外面，安裝有一對磁極 N和 S。當(dāng)導(dǎo)電液體流過管道時，因流體切割磁力線而產(chǎn)生了感應(yīng)電勢（根據(jù)發(fā)電機原理），此感應(yīng)電勢由與磁極成垂直方向的兩個電極引出。當(dāng)磁感應(yīng)強度不變，管道直徑一定時，
圖 1電磁流量計原理圖
感應(yīng)電勢的大小僅與流體的流速有關(guān)，將感應(yīng)電勢經(jīng)過放大、轉(zhuǎn)換、傳送給顯示儀表，就能在顯示儀表上讀出流量。
感應(yīng)電勢的方向由右手定則判斷，其大小由下式?jīng)Q定：
Ex=K'BDv (1)
式中 Ex ————感應(yīng)電勢；
K'————比例系數(shù)；
B ————磁感應(yīng)強度；
D ————管道直徑，即垂直切割磁力線的導(dǎo)體長度；
v ————垂直于磁力線方向的液體速度。
體積流量 Q與流速 v的關(guān)系為：
Q= 41 πD2v (2)
將式(2)代人式(1)，便得：
4K'BQ
Ex= =KQ (3)
πD 式中：K=4K'B (4)
πD
K稱為儀表常數(shù)，在磁感應(yīng)強度 B、管道直徑 D不變后，K就是一個常數(shù)，這時感應(yīng)電勢的大小與體積流量之間具有線性關(guān)系，因而儀表具有均勻刻度。
2流量累計中小信號現(xiàn)象
2.1小信號產(chǎn)生機理
電磁流量計在實際的測量現(xiàn)場和工藝流程中存在誤差和容易受到干擾，如“小信號”現(xiàn)象。由電磁流量計的工作原理可知，電磁流量計的干擾問題是由各種勵磁方式產(chǎn)生的[2]。
目前很多工廠中存在以下問題：
（1）在泵啟動時，液體通過流量計而切割磁力線，產(chǎn)生流量信號，這些液體最終都被后續(xù)環(huán)節(jié)利用，其流量測量值是有效的，應(yīng)該進行累計；當(dāng)泵停止時，管道中還會有少量液體回流，反向切割磁力線，同樣產(chǎn)生小信號，但是這些液體并沒有被實際生產(chǎn)所利用，而流量計仍然會把信號傳送給 PLC進行采樣累計，則會造成較大的誤差。
（2）由于外界有震動或較大磁場干擾，在無介質(zhì)流動時，外界震動等信號作用于傳感器，引入“誤流量”信號，當(dāng)這種信號高
于儀表的計量下*也被累計。
（3）電極表面粘附一層絕緣物、受到外界干擾或是電極送出的毫安信號在放大和轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)零點漂移，使得信號偏離正常值，從而造成誤差。以上這些現(xiàn)象都屬于小信號現(xiàn)象。
2.2小信號處理措施
由干擾信號引起的小信號問題無法從工藝設(shè)計上得到解決，只能從過程控制方面尋找解決的辦法。可通過硬件和軟件兩種方式來處理。
（1）硬件方式可通過比較電路和電子開關(guān)組成，這種方式主要用于濾除干擾信號，但會增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，因為一個工段會有很多臺流量計，因此相應(yīng)地要更換很多臺這種儀表[3]。
（2）軟件方式可通過如 PLC軟件來實現(xiàn)，小信號問題可通過如下的流程邏輯框圖來解決。 DCS控制子程序流程如圖 2。
3智能電磁流量計的安裝
3.1安裝場所
通常電磁流量傳感器外殼防護等級為 IP65(GB 4208規(guī)定的防塵防噴水級 )，對安裝場所有以下要求：
(1)測量混合相流體時，選擇不會引起相分離的場所；測量雙組分液體時，避免裝在混合尚未均勻的地方；測量化學(xué)反應(yīng)管圖 2控制子程序流程圖
道時，要裝在反應(yīng)充分完成段的下游[4]。
(2)盡可能避免測量管內(nèi)變成負壓。
(3)選擇震動小的場所，特別對一體型儀表。
(4)避免附近有大電機、大變壓器等，以免引起電磁場干擾。
(5)易于實現(xiàn)傳感器單獨接地的場所。
(6)盡可能避開周圍有高濃度腐蝕性氣體的環(huán)境。
(7)環(huán)境溫度在 -25~-10℃和 50~600℃范圍內(nèi)，一體型結(jié)構(gòu)溫度還受制于電子元器件，范圍要窄些。
(8)安裝位置要便于檢修和維護。
3.2直管段長度要求
為獲得正常測量精確度，電磁流量傳感器上游也要有一定長度直管段，但其長度與大部分其他流量儀表相比要求較低。 90°彎管、T形管、同心異徑管、全開閘閥通常認為只需要離電極中心線 (不是傳感器進口端連接面)5倍直徑 (5D)長度的直管段 [5]，不同開度的閥則需 10D，下游直管段為 (2～3)D或無要求，但要防止蝶閥閥片伸入到傳感器測量管內(nèi)。
4結(jié)論
通過控制過程中引入小信號切除方案，進而更準確地測量導(dǎo)電流體流量，適應(yīng)了企業(yè)節(jié)能降耗和成本核算管理的要求，該方案為工廠考核各工段的效益提供了很好的幫助。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：
