電磁流量計信號處理系統的研究結果分析
電磁流量計信號處理系統的研究結果分析
5．4．1實驗裝置的設計
進行電磁流量計信號處理系統的研究，應有相應的試驗裝置，即可進行試驗研究的傳感器及進行流體流動的試驗管道，來檢驗所設計系統的測量正確性和穩定性。試驗管道系統要求能夠控制流動的流量大小，測量用的實驗裝置如圖5-15 所示。
該裝置包括管道(口徑為50IIlm)、試驗用電磁流量計、標準電磁流量計、滬東電機公司的Y90S．2三相異步電動機、水泵、水箱和閥門等部分。其中，ADMACSE標準電磁流量計已經過嚴格標定，能顯示瞬時流量、瞬時流速、累積流量等信息，和試驗用的電磁流量計一起安裝在實驗裝置上，作為待研究的電磁流量計的標定儀表，進行比對實驗。圖5．15電磁流量計實驗裝置示意圖
(一)電磁流量傳感器的安裝要求
根據流體力學的經典理論，傳感器測量管內流速分布為軸對稱時，電磁流量計的測量準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，破壞了原有充分發展的流速分布狀況。要讓流體恢復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為測量管道的內徑)。如圖5．15所示的實驗裝置中，試驗用電磁流量計和標準電磁流量計都垂直安裝，這樣，在保證滿管測量的條件下， 流速均勻穩定，測量更準確。下文介紹的所有實驗都是在該安裝方式下進行的。當導電流體切割磁力線產生流量信號時，是以流體本身作為零電位的，一個電極上產生正電勢，另一個電極上產生負電勢。因此，測量電路的地線必須與流體導通且等電位，這樣才能保證系統良好的接地效果和測量的準確性【5】。對于實驗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、測量電路的地線和大地連接起來【5】。
1．測量接地；2接地導線；3．接地環圖5．16傳感器在絕緣管道上的安裝方法
(二)實驗測量裝置的工作流程
實驗測量過程中，系統的工作流程如下：打開閥門，啟動變頻器，設置變頻器的顯示頻率，電動機在變頻器的控制下按一定的速度旋轉，帶動水泵工作，將水桶里的水抽進水箱后，在壓力的作用下，水流先豎直向下流經閥門，再豎直向上以滿管的流量依次流經標準電磁流量計(ADMACES)和試驗用電磁流量計， 然后流回水箱，如此形成循環。水流流向如圖5．15中箭頭所示，可以通過調節閥門開量獲取不同的流速。試驗用電磁流量計將輸出的流量信號通過Uart串口通信發送給Pc機上的接收平臺作進一步的數據處理。
5．4．2信號處理系統的功能驗證實驗
在進行管道流量測量前，需要先檢驗智能電磁流量計信號處理系統的功能是否可以實現，以及功能是否完善。在功能驗證性試驗階段，可以用信號發生器代替電磁流量傳感器電極，將設置好的
首先，對系統最基本的放大及濾波功能進行驗證。在信號發生器上產生一個50Hz的正弦波信號，幅值10nlv，作為信號處理系統的輸入信號。儀表差分放大器的增益電阻RG選了10K，則根據式(5．1)放大倍數為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．方波信號出現圓角．A (C) B) 圖5一19輸入信號加入偏執后運放的輸出波形要驗證本系統對零漂的消除功能，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，輸入信號經過多級放大后飽和，運放的輸出部分飽和，無法正確得到感應電動勢信號。圈5·19 (B)為沒有反饋信號時運放的輸出信號。圈5．19(c)為系統正常工作時．運放的輸出。從圈中可以看到，輸入偏置量*校正。輸出信號關于時間軸對稱。由此可得。本系統對于電攔流量計的零點漂移．可以*消除，效果良好． 再檢驗系統發出的勵磁信號，以5miz二分頻為例。圈5_20(A)為cPu用作勵磁驅動的兩個∞引腳上的輸出波形，5也0(B)為系統發出的勵磁波形。由以上驗證可得．本系統的基本功能包括：差分、放大、渣波、消除零躁、勵磁等．都可以滿足5．1節中系統設計時的需求。翔璺|一毒璺詩磊稀焉]磊需圖5．20系統產生的勵雉波形
5．4．3實驗及結果分析
實驗的主要目的是檢驗本文研究的開封電磁流量計信號處理系統的穩定性、重復性和準確性。連接好實驗裝置，按照5．4．2節介紹工作流程涌量流速信號。通過調節褥門控制流體流速，觀察經過信號處理系統放大處理后的感應電動勢信號的變化。選用50H2二分頻，從圈5-2l可以看到，得到的感應電動勢信號頻率為12．5IIz，與勵磁信號周期相同。根據電磁流量計原理及式(1一1)，感應電動勢信號與流速成正比，即隨著流速的增大，感應電動勢信號應該相應增大。圉5-2l(A)到(D)為流速逐漸增大時取得的感應電動勢信號，可以明顯看到幅值依次增大。由此可得，本信號處理系統可以定性的反映流速變化，并且測量結果穩定。從圖形中也可以看到，電動勢信號在正反向勵磁周期，其幅值基本關于時間軸對稱。從而可以看出基線控制法得到了很好的實現，零點漂移得到了抑制。對比圖5-2l波形的變化趨勢。和Pc機平臺接受到的流量數據分析結果，可以看出感應電動勢的幅值和流體流速具有良好的線性關系。由此也進一步驗證了本信號處理系統的定性分析和定量測量結果都比較理想． 綜上所述，本系統采用的基線控制法的實現方法*可行，實驗樣機的測量結果也基本符合設計要求。上海大學磺士學位論文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感應電動勢信號隨流速的變化情況當然，器量結果的穩定性和重復性還僅僅是基本符合要求，數據的準確性和重復性還有待理論分折和大量的實驗作進一步的驗證完善。目前的研究還是停留在實驗和樣機的初步設計階段，反映流速的感應電動勢的穩定性和重復性還需要大量的實驗和理論分析做進一步的驗證和研究。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、插入渦街流量計、智能渦街流量計，更多信息請訪問開封中儀網站：
