電磁流量計(jì)信號處理系統(tǒng)的研究結(jié)果分析
電磁流量計(jì)信號處理系統(tǒng)的研究結(jié)果分析
5．4．1實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)
進(jìn)行電磁流量計(jì)信號處理系統(tǒng)的研究，應(yīng)有相應(yīng)的試驗(yàn)裝置，即可進(jìn)行試驗(yàn)研究的傳感器及進(jìn)行流體流動的試驗(yàn)管道，來檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測量正確性和穩(wěn)定性。試驗(yàn)管道系統(tǒng)要求能夠控制流動的流量大小，測量用的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5-15 所示。
該裝置包括管道(口徑為50IIlm)、試驗(yàn)用電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)、滬東電機(jī)公司的Y90S．2三相異步電動機(jī)、水泵、水箱和閥門等部分。其中，ADMACSE標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)已經(jīng)過嚴(yán)格標(biāo)定，能顯示瞬時流量、瞬時流速、累積流量等信息，和試驗(yàn)用的電磁流量計(jì)一起安裝在實(shí)驗(yàn)裝置上，作為待研究的電磁流量計(jì)的標(biāo)定儀表，進(jìn)行比對實(shí)驗(yàn)。圖5．15電磁流量計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
(一)電磁流量傳感器的安裝要求
根據(jù)流體力學(xué)的經(jīng)典理論，傳感器測量管內(nèi)流速分布為軸對稱時，電磁流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度不受流速分布的影響【5】。工藝管道中的彎管、閥門等都會引起流動畸變、二次流或漩渦，破壞了原有充分發(fā)展的流速分布狀況。要讓流體恢復(fù)其軸對稱的流速分布，需要保證在流量傳感器的前后都有相當(dāng)長度的直管段。
一般來說，安裝電磁流量傳感器時，要求前直管段長度最少為5D，后直管段長度最少為3D(D為測量管道的內(nèi)徑)。如圖5．15所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，試驗(yàn)用電磁流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)都垂直安裝，這樣，在保證滿管測量的條件下， 流速均勻穩(wěn)定，測量更準(zhǔn)確。下文介紹的所有實(shí)驗(yàn)都是在該安裝方式下進(jìn)行的。當(dāng)導(dǎo)電流體切割磁力線產(chǎn)生流量信號時，是以流體本身作為零電位的，一個電極上產(chǎn)生正電勢，另一個電極上產(chǎn)生負(fù)電勢。因此，測量電路的地線必須與流體導(dǎo)通且等電位，這樣才能保證系統(tǒng)良好的接地效果和測量的準(zhǔn)確性【5】。對于實(shí)驗(yàn)用的電磁流量傳感器，它兩端的塑料管道上并沒有安裝接地電極， 而是借助于傳感器兩端的接地法蘭，以擴(kuò)大接地面積，充分保證良好的接地效果， 圖5．16所示為傳感器在絕緣管道上的安裝方法。最后將兩個接地環(huán)、測量電路的地線和大地連接起來【5】。
1．測量接地；2接地導(dǎo)線；3．接地環(huán)圖5．16傳感器在絕緣管道上的安裝方法
(二)實(shí)驗(yàn)測量裝置的工作流程
實(shí)驗(yàn)測量過程中，系統(tǒng)的工作流程如下：打開閥門，啟動變頻器，設(shè)置變頻器的顯示頻率，電動機(jī)在變頻器的控制下按一定的速度旋轉(zhuǎn)，帶動水泵工作，將水桶里的水抽進(jìn)水箱后，在壓力的作用下，水流先豎直向下流經(jīng)閥門，再豎直向上以滿管的流量依次流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)(ADMACES)和試驗(yàn)用電磁流量計(jì)， 然后流回水箱，如此形成循環(huán)。水流流向如圖5．15中箭頭所示，可以通過調(diào)節(jié)閥門開量獲取不同的流速。試驗(yàn)用電磁流量計(jì)將輸出的流量信號通過Uart串口通信發(fā)送給Pc機(jī)上的接收平臺作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。
5．4．2信號處理系統(tǒng)的功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
在進(jìn)行管道流量測量前，需要先檢驗(yàn)智能電磁流量計(jì)信號處理系統(tǒng)的功能是否可以實(shí)現(xiàn)，以及功能是否完善。在功能驗(yàn)證性試驗(yàn)階段，可以用信號發(fā)生器代替電磁流量傳感器電極，將設(shè)置好的
首先，對系統(tǒng)最基本的放大及濾波功能進(jìn)行驗(yàn)證。在信號發(fā)生器上產(chǎn)生一個50Hz的正弦波信號，幅值10nlv，作為信號處理系統(tǒng)的輸入信號。儀表差分放大器的增益電阻RG選了10K，則根據(jù)式(5．1)放大倍數(shù)為6倍。圖5．17(A)為信號直接輸入。輸入通道未加屏蔽的情況，由圖中可|；王看出．信號中疊加了很多高頻噪聲．波形不好：圈5_17(B)的波形是在輸入通道外層添加了屏蔽層，并且增加了濾渡電阻后的情況，通過圖形對比，明顯可以看出．比5．17(A)的波形有了明顯的改善． (A) (B) 圈5．18運(yùn)算放大器豹輸出波形圖5．18(B)為把輸入信號改為同頻率的占空比50％的方波得到的運(yùn)放輸出端波形。從這里可以清楚地看到在低通濾波器的作用下，高頻信號被濾除．方波信號出現(xiàn)圓角．A (C) B) 圖5一19輸入信號加入偏執(zhí)后運(yùn)放的輸出波形要驗(yàn)證本系統(tǒng)對零漂的消除功能，可以選取一個帶偏置的輸入信號，如圖5—19(A)所示。輸入信號為信置10Ⅱlv的正弦波信號。假如沒有基線控制的反饋式信號處理方法的反饋信號作用，輸入信號經(jīng)過多級放大后飽和，運(yùn)放的輸出部分飽和，無法正確得到感應(yīng)電動勢信號。圈5·19 (B)為沒有反饋信號時運(yùn)放的輸出信號。圈5．19(c)為系統(tǒng)正常工作時．運(yùn)放的輸出。從圈中可以看到，輸入偏置量*校正。輸出信號關(guān)于時間軸對稱。由此可得。本系統(tǒng)對于電攔流量計(jì)的零點(diǎn)漂移．可以*消除，效果良好． 再檢驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)出的勵磁信號，以5miz二分頻為例。圈5_20(A)為cPu用作勵磁驅(qū)動的兩個∞引腳上的輸出波形，5也0(B)為系統(tǒng)發(fā)出的勵磁波形。由以上驗(yàn)證可得．本系統(tǒng)的基本功能包括：差分、放大、渣波、消除零躁、勵磁等．都可以滿足5．1節(jié)中系統(tǒng)設(shè)計(jì)時的需求。翔璺|一毒璺詩磊稀焉]磊需圖5．20系統(tǒng)產(chǎn)生的勵雉波形
5．4．3實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
實(shí)驗(yàn)的主要目的是檢驗(yàn)本文研究的開封電磁流量計(jì)信號處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性、重復(fù)性和準(zhǔn)確性。連接好實(shí)驗(yàn)裝置，按照5．4．2節(jié)介紹工作流程涌量流速信號。通過調(diào)節(jié)褥門控制流體流速，觀察經(jīng)過信號處理系統(tǒng)放大處理后的感應(yīng)電動勢信號的變化。選用50H2二分頻，從圈5-2l可以看到，得到的感應(yīng)電動勢信號頻率為12．5IIz，與勵磁信號周期相同。根據(jù)電磁流量計(jì)原理及式(1一1)，感應(yīng)電動勢信號與流速成正比，即隨著流速的增大，感應(yīng)電動勢信號應(yīng)該相應(yīng)增大。圉5-2l(A)到(D)為流速逐漸增大時取得的感應(yīng)電動勢信號，可以明顯看到幅值依次增大。由此可得，本信號處理系統(tǒng)可以定性的反映流速變化，并且測量結(jié)果穩(wěn)定。從圖形中也可以看到，電動勢信號在正反向勵磁周期，其幅值基本關(guān)于時間軸對稱。從而可以看出基線控制法得到了很好的實(shí)現(xiàn)，零點(diǎn)漂移得到了抑制。對比圖5-2l波形的變化趨勢。和Pc機(jī)平臺接受到的流量數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以看出感應(yīng)電動勢的幅值和流體流速具有良好的線性關(guān)系。由此也進(jìn)一步驗(yàn)證了本信號處理系統(tǒng)的定性分析和定量測量結(jié)果都比較理想． 綜上所述，本系統(tǒng)采用的基線控制法的實(shí)現(xiàn)方法*可行，實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的測量結(jié)果也基本符合設(shè)計(jì)要求。上海大學(xué)磺士學(xué)位論文F—彳零—等j一卜—了F?警親一嘉。篇撇b麟霉嗣喂打雷耵”葉露丌器扎焉曠墨郭熏丌臻『r“叮船亓黑硼一(A) (B) 一．腓懈矗L一詩諉乙蒂稀磊黑矛磊磊話帚；i矸《薪磊矛(C) (D) 圖5-21感應(yīng)電動勢信號隨流速的變化情況當(dāng)然，器量結(jié)果的穩(wěn)定性和重復(fù)性還僅僅是基本符合要求，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性還有待理論分折和大量的實(shí)驗(yàn)作進(jìn)一步的驗(yàn)證完善。目前的研究還是停留在實(shí)驗(yàn)和樣機(jī)的初步設(shè)計(jì)階段，反映流速的感應(yīng)電動勢的穩(wěn)定性和重復(fù)性還需要大量的實(shí)驗(yàn)和理論分析做進(jìn)一步的驗(yàn)證和研究。擴(kuò)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(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、V錐流量計(jì)、V型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)，更多信息請?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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