雙激勵電磁流量計的研究
雙激勵電磁流量計的研究
摘要：在對電磁流量計技術的不斷研究中認識到，電磁流量計傳感器具有電極與導電流體間的*關系，可以引入一個電壓激勵下的新的阻抗分壓測量關系，使電磁流量計傳感器在磁場與電壓兩種激勵下以交替方式工作，組成兩個參數的測量關系，形成一種新型的雙激勵電磁流量計。
關鍵詞：電磁流量計雙激勵電壓激勵
1引言
基于法拉第電磁感應定律的電磁流量計是一種測量精度高、應用范圍廣的流量儀表。因其*的高精度、高穩定性、快響應、小型化等性能特點，已成為流量測量技術中使用泛、產品附加值的流量儀表之一，是冶金、電力、石化、食品、醫藥和環保等工業過程中最重要的自動化儀表之一，在國民經濟中占有重要的地位。
在對電磁流量計技術的不斷研究中認識到，電磁流量計傳感器具有電極與導電流體間的*關系，可以引入一個電壓激勵下的新的阻抗分壓測量關系，使電磁流量計傳感器在磁場與電壓兩種激勵下已交替方式工作，組成兩個參數的測量關系，形成一種新型
浙江省科研計劃（項目編號：2007C21055）
的雙激勵電磁流量計。雙激勵電磁流量計在原理與技術上具有解決低電導率流體流量和非滿管流量的測量困難。雙激勵電磁流量計技術將成為電磁流量計技術的新的發展空間。
2雙激勵技術的研究
目前電磁流量計傳感器是讓導電性流體在磁場激勵下流動，它的兩個測量電極間的感應電勢E與被測流體的平均流速V有如下關系：
=（1）式中：K為傳感器系數；D為測量管道的等效直徑；B為勵磁線圈產生的磁場激勵強度。如果按圖1電磁流量計儀表的基本工作原理關系，U是信號放大器的輸出，A是信號放大器的放大倍
UAZZEZ22100##=+，EKDBV###=對應的流速測量方程：VZZZKU22S010##=+，KAKDB1S###=當2Z0遠大于流體的內阻Z1，KS不變時，有理想流速測量方程：VKUS#=式中KS是電磁流量計儀表的系數常數。顯然，在式（2）中，方程右邊每一項的變化都會引起儀表測量值U的改變。因此，目前的電磁流量計信號檢測與處理方法都基于兩個技術前提：
（1）假設信號放大器輸入阻抗2Z0遠大于流體的內阻Z1；
（2）KS不變，即認為傳感器系數K、磁場強度B、管道直徑D和信號放大器增益A不變。通過基本的理論分析和實驗驗證表明，雙激勵方式下的兩個測量關系可以得出與流體和信號放大器阻抗無關的流速測量方程，并可得出流體阻抗（電導率）測量方程。這兩個測量方程使雙激勵電磁流量計在原理與技術上具有解決低電導率流體流量和非滿管流量的測量困難。在技術上，電壓激勵可以以串聯和并聯兩種方式與傳感器電極及其流體組成測量回路。圖2是串聯方式的雙激勵電磁流量計結構原理框圖。圖2中B是可控的磁場激勵，e2是可控的電壓激勵。采用兩個電壓激勵e2可以在一個電壓激勵周期中產生正負兩個電壓激勵，以消除電極極化問題。雙激勵電磁流量計的基本實現方法是分時進行定值磁場激勵B（使e2=0）和定值電壓激勵e2（使B=0），在信號放大器的輸出U可得到感應電勢E的分壓測量值UB和電壓激勵e2的分壓測量值Ue。如果信號放大器的輸入阻抗是2Z0，傳感器電極兩端的流體阻抗是Z1，信號放大器系數是A。若電壓激勵e2的內阻可忽略，對于口徑為D的傳感器在定值磁場激勵B下的感應電勢E=K×D×B×V，則流體平均流速為V時分壓測量值UB為：UAZZKDBVZ22B100####=+磁場激勵B=0時的電壓激勵e2的分壓測量值Ue為：UAZZeZ222e1020###=+這里，雙激勵電磁流量計可以和一般電磁流量計一樣，采用正負磁場激勵和正負電壓激勵的工作方式來消除電極極化問題。在沒有電極極化時，雙激勵電磁流量計在幾十ms間的兩種激勵切換，磁場激勵B和電壓激勵e2分別作用時流體阻抗和信號放大器阻抗是幾乎不變的。這樣，聯立式（5）和式（6）就可得出與流體阻抗無關的流體平均流速值：VKUUSeB#=，KKDBe2S2###=同時，有流體阻抗值：ZUeAUZ22ee120###=-（3）（2）（4）圖2串聯方式的雙激勵電磁流量計B V E傳感器e2 e2磁場激勵控制電壓激勵控制信號放大器A UZ0 Z0（5）（6）（7）（8）對應有流體電導率S：
=（9）式中C是把電磁流量計傳感器作為測量電導池時的等效電導池系數。
上述分析表明，雙激勵電磁流量計在原理上具有兩個特點：
（1）可得出與流體和信號放大器阻抗無關的流速測量方程；（2）可得出流體阻抗（或電導率）測量方程。同樣，雙激勵電磁流量計也可用并聯式結構實現。并聯式也有相似的流速測量方程和流體阻抗（或電導率）測量方程計算關系。
3總結
雙激勵智能型電磁流量計測量流體電導率值的分析研究與檢測方法，解決低電導率流體的高內阻值會改變感應電勢在信號放大器內阻的分壓值這一影響測量流體流速值的難題，實現雙激勵電磁流量計對低電導率流體流量測量；將雙激勵電磁流量計的液位測量值、流體感應電勢測量值與水力學的相關理論結合起來，從理論和實驗中研究液位測量值、流體感應電勢測量值與非滿管截面平均流速的關系，實現雙激勵電磁流量計的非滿管流量測量技術。
作者簡介：孫向東，在讀博士研究生，高級工程師，主要從事智能流量計的研究。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、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、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：
