多參數(shù)電磁流量計(jì)及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究.pdf

1、電磁流量計(jì)是一種利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行測量的儀表。作為一種常用的測量導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的計(jì)量儀表，從1832年英國科學(xué)家法拉地最早提出到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了一百多年，經(jīng)歷了多個發(fā)展階段。二十世紀(jì)70、80年代電磁流量計(jì)在信號處理技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展，新的適應(yīng)不同測量條件的種類被不斷的開發(fā)出來。由于它本身具有測量精度高、量程比寬、管道壓力損失小等特點(diǎn)，使它成為應(yīng)用廣泛的一類流量計(jì)，在流量儀表中的占有率不斷上升，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

2、 電磁流量計(jì)原理上的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)導(dǎo)電性流體在磁場B下流動時，測量電極間的流體感應(yīng)電勢E通過儀表系數(shù)K與流體平均流速V具有對應(yīng)關(guān)系。在與磁場強(qiáng)度、管道直徑和信號放大器輸入阻抗參數(shù)相關(guān)的儀表系數(shù)K不變的假設(shè)條件下，具有可由感應(yīng)電勢值直接度量流量值的特點(diǎn)。近幾十年來在滿足上述假設(shè)條件的應(yīng)用領(lǐng)域中，電磁流量計(jì)已成為最典型的流量儀表。 盡管電磁流量計(jì)在水計(jì)量方面一直是一種首選儀表，但隨著環(huán)保和給排水等領(lǐng)域流量計(jì)量方式的日益增加，不滿足上述

3、假設(shè)條件的應(yīng)用需求不斷出現(xiàn)。如在給排水、水利、污水排放監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)Ψ菨M管狀態(tài)的流量檢測需求日益增加。而流體的非滿管流動使電磁流量計(jì)的儀表系數(shù)K成為一個變化值，非滿管狀態(tài)的流量檢測需要對流速和液位等多參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量。近年來，研究具有多參數(shù)測量能力的電磁流量計(jì)成為了流量檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 在研究電磁流量計(jì)傳感器技術(shù)中，可以注意到這樣一個重要特點(diǎn)：在儀表的流速信號變送環(huán)節(jié)中，兩個接觸流體的測量電極與信號放大處理器組成了一個特有

4、的流體內(nèi)電勢測量回路。論文希望利用這個特點(diǎn)，研究建立附加的測量關(guān)系和原理，從而解決對儀表系數(shù)K變化狀態(tài)的檢測方法與技術(shù)。實(shí)現(xiàn)具有多參數(shù)測量能力的電磁流量計(jì)。 本論文的整個工作直接利用了電磁流量計(jì)的測量電極與導(dǎo)電流體直接接觸的特點(diǎn)，提出了基于附加激勵的參數(shù)測量原理，通過在流體內(nèi)電勢測量回路中引入新的激勵來建立新的測量方程，展開對多參數(shù)電磁流量計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)的研究。 為了全面研究應(yīng)用附加激勵原理來實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量，論文分別

5、對被動附加激勵和主動附加激勵兩種附加激勵模式進(jìn)行了多參數(shù)測量方法的研究。在理論方面，論文研究了電磁流量計(jì)電極測量回路的基本信號傳輸模型，推導(dǎo)了附加激勵條件下利用電極測量回路對流體電導(dǎo)進(jìn)行測量的基本測量方程。在此基礎(chǔ)上，論文對兩種類型的激勵源的來源、特點(diǎn)及作用于電極回路進(jìn)行測量的模型進(jìn)行了進(jìn)一步的研究： (1)建立并推導(dǎo)了兩種不同被動附加激勵條件下進(jìn)行電導(dǎo)測量的基本方程，并通過理論分析和試驗(yàn)證明，利用這兩種被動附加激勵信號可以用來

6、實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)的空管檢測，據(jù)此，論文分別研究了利用這兩種被動附加激勵信號進(jìn)行空管檢測的數(shù)據(jù)處理方法及空管檢測的判據(jù)。 (2)根據(jù)電極測量回路的特點(diǎn)，研究利用主動附加激勵作用于電極進(jìn)行電導(dǎo)測量的方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，建立了主動附加激勵條件下的電導(dǎo)測量模型，并推導(dǎo)了測量方程。設(shè)計(jì)了并給出了利用主動附加激勵實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)測量的工作時序及數(shù)據(jù)處理方法。利用電導(dǎo)與其它狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了電導(dǎo)率測量、空管檢測、非滿管流量測量，為實(shí)現(xiàn)多參數(shù)功能的電磁流

7、量計(jì)提供理論支撐和實(shí)現(xiàn)手段。為實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)的多參數(shù)測量提供了必要的測量條件。作為多參數(shù)測量的一種重要應(yīng)用，非滿管流量測量需要同時測量流量信號的大小和管道內(nèi)流體的液位，并進(jìn)行多參數(shù)測量的綜合處理。論文在分析總結(jié)非滿管流動的相關(guān)水力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行利用長弧形大電極的結(jié)構(gòu)的傳感器實(shí)現(xiàn)非滿管電磁流量計(jì)的研究。利用附加激勵測量電導(dǎo)的研究成果，研究了非滿管流動狀態(tài)時用電極測量的流體電導(dǎo)與液位之間的模型和測量關(guān)系，據(jù)此設(shè)計(jì)了一種非滿管電磁流量計(jì)

8、，給出了相應(yīng)的測量時序關(guān)系和數(shù)據(jù)處理方法。 在本文的研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種主動附加激勵的模塊并完成了多參數(shù)非滿管電磁流量計(jì)樣機(jī)和能夠進(jìn)行非滿管流量測量的試驗(yàn)平臺，進(jìn)行了以下驗(yàn)證試驗(yàn)： (1)用傳統(tǒng)的雙點(diǎn)電極傳感器，利用主動附加激勵測量方法，進(jìn)行測量流體電導(dǎo)率的試驗(yàn)和空管檢測的試驗(yàn)； (2)利用設(shè)計(jì)的大電極傳感器，與標(biāo)準(zhǔn)的電磁流量計(jì)進(jìn)行了滿管流量測量的對比試驗(yàn)； (3)利用設(shè)計(jì)的大電極傳感器進(jìn)行了非滿