電磁流量計動態(tài)反饋極化控制方法電磁流量計動態(tài)反饋極化控制方法
本課題提出了動態(tài)反饋極化控制方法，即采用對每個電極進(jìn)行周期性的測量時段與控制時段相交替的工作方式，使每個周期內(nèi)控制時段的電極電勢總值等于負(fù)的測量時段的電極電勢總值，從而有效地消除電極信號中的極化電壓， 把極化電壓控制在某一穩(wěn)定的值，并可直接從兩個電極電勢信號的差值得出反映流體流速的感應(yīng)電動勢值。從而使永磁式電磁流量計應(yīng)用于一般導(dǎo)電性液體流量的測量成為可能，并可充分發(fā)揮恒磁式電磁流量計的高動態(tài)響應(yīng)和低功耗的特點。
本課題設(shè)計的動態(tài)反饋極化控制方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖如圖4．1所示【l舅。在電極1和2上分別連接模擬開關(guān)k1和k2，和測控單元1和2一起，用來實現(xiàn)對每個電極進(jìn)行周期的測量時段和控制時段交替工作方式，并使每個控制時段的電極電勢值等于負(fù)的測量時段的電極電勢測量值；采用信號后處理單元將兩個電極信號sl、s2作為輸入，求得反映流體流速值的感應(yīng)電動勢。圖4．1所示，在直徑為d的圓形測量管道中的流體有流速v，兩個相距d 的電極l和2，在垂直電極方向上放置兩塊相互平行的永磁體，在流體中產(chǎn)生恒定磁場b；電極1和2的空間連線、恒定磁場b和流速v三者間兩兩相互不平行；永磁體產(chǎn)生的恒定磁場b、流體及其流速v使電極1和2上分別有信號s1和信號s2，信號s1中包含由流體流速v產(chǎn)生的感應(yīng)電勢el和由電極1表面產(chǎn)生的極化電勢p1，信號s2中包含由流體流速v產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e2和由電極2表面產(chǎn)生的極化電勢p2。圖4．1 動態(tài)反饋極化控制方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，信號s1中的感應(yīng)電勢e1與信號s2中的感應(yīng)電勢e2的差值e=e1--e2=k×b×d×v，k是一個可確定的系數(shù)。其特征在于兩個測控單元的輸入分別相應(yīng)的連接兩個電極1和2，輸出連接開關(guān)k1和k2 的一端，開關(guān)的另一端又連接到對應(yīng)的電極上。開關(guān)k1周期地在tio時間段和t11時間段分別處于斷開狀態(tài)和閉合狀態(tài)，使測控單元1以t10時間段和tll 時間段為周期對電極1上信號s1進(jìn)行測量和控制，為保證電極1上信號s1的周期電勢和為零，測控單元1使電極1上信號sl有tll×si=--t10x sai，sal 是測控單元1在t10時間段對電極1上信號s1的測量值。同理，開關(guān)k2周期地在t20時間段和t21時間段分別處于斷開狀態(tài)和閉合狀態(tài)，使測控單元2以t20時間段和t21時間段為周期對電極2上信號s2 進(jìn)行測量和控制，為保證電極2上信號s2的周期電勢和為零，測控單元2使電極2上信號s2有t21×s2=--t20xsa2，sa2是測控單元2在t20時間段對電極2上信號s2的測量值。信號sl和s2放大后的值作為信號后處理單元的輸入，來分析得出流體流速v。
上面所述的測控單元1和2由放大系數(shù)分別為a10和a20的信號放大器、由時序h10和h20操作的具有放大系數(shù)all和a21的采樣保持器、加法器、具有放大系數(shù)-a12和．a(chǎn)22的反向放大器和時序發(fā)生器組成。電極1上信號s1 經(jīng)放大后輸出m10=a10×s1，m10連接到采樣保持器1的輸入和加法器1的一個輸入，采樣保持器1的輸出m1i=a10xall×sl，mll連接到加法器1的另一個輸入，加法器1的輸出m12=m10+m11，m12連接到反向放大器1的輸入， 反向放大器1的輸出m13=--a12×m12，m13連接到開關(guān)k1的一端，開關(guān)k1的另一端連接到電極1；時序發(fā)生器1以tio時間段和tll時間段為周期產(chǎn)生時序h10和時序h11。同理，電極2上信號s2經(jīng)放大后輸出m20=a20×s2，m20連接到采樣保持器2的輸入和加法器2的一個輸入，采樣保持器2的輸出m21=a20×a21× s2，m21連接到加法器2的另一個輸入，加法器2的輸出m22=m20+m21， m22連接到反向放大器2的輸入，反向放大器2的輸出m23=--a22×m22， m23連接到開關(guān)k2的一端，開關(guān)k2的另一端連接到電極2；時序發(fā)生器2以t20時間段和t21時間段為周期產(chǎn)生時序h20和時序h21。時序h10、hll和h20、h21的時序波形如圖4．2所示。時序h11，時序1-121 根據(jù)圖4-2所示的時序發(fā)生器波形，圖中時序h10=h20，時序h1l=h21。以電極l為例，使測控單元1和開關(guān)ki進(jìn)行如下測量與控制的步驟： (a)在t10．時間段，電極1上信號s1有sl=s1(t10)，時序發(fā)生器1產(chǎn)生的時序hll使開關(guān)1的兩端處于斷開狀態(tài)，即反向放大器l的輸出m13與電極1斷開：時序發(fā)生器1產(chǎn)生的時序h10使采樣保持器l由保持狀態(tài)進(jìn)入采樣狀態(tài)后再進(jìn)入保持狀態(tài)，采樣保持器1在采樣狀態(tài)有輸出m1i=a10xall xsl(t10)，采樣保持器1進(jìn)入保持狀態(tài)后輸出mll=a10xall×sal， sai=s1(t10)是信號s1在t10時間段的值； (b)在t11時間段，時序發(fā)生器1產(chǎn)生的時序hll使開關(guān)1的兩端處于閉合狀態(tài)，即反向放大器l的輸出與電極1連接，測控單元1對電極l上信號s1 進(jìn)行反饋式控制，在tll時間段中使si=s1(t11)，其中si(t1 1)：一—a10xa—ll x a12×si(t10)， 1+a10×a12 再使a10×a12遠(yuǎn)大于1和tll×a11_t10，有s1(t11)=--all×si(t10)， 保證了電極1上信號s1在一個周期內(nèi)的電勢總值為零，即滿足tll× s1(t11)=--t10×sl(t10)； (c)測控單元1與開關(guān)kl對電極1上信號s1進(jìn)行上述周期的測量與控制。同理，測控單元2與開關(guān)k2對電極2上信號s2進(jìn)行相同的周期測量與控制方法，使電極2上信號s2在一個周期內(nèi)的電勢總值為零，即滿足t21× s2(t21)=一t20×$2(t20)。圖4—2中的信號后處理單元將測控單元1中的m10=a10×s1和測控單元2 中的m20=a20×s2作為輸入，信號后處理單元進(jìn)行如下信號處理步驟： (a)將m10和m20加權(quán)相減后得到m0，有： mo=m10×w1一m20×w2=a0×(s1一s2)，其中，a10×w1=a20×w2 ia0： (b)根據(jù)電極1上信號s1和電極2上信號s2中的周期電勢和為零，使信號s1 中的極化電勢p1和信號s2中的極化電勢p2趨于零。即有： m0=a0×(sl--s2)=a0×(el--e2)=a0×kxb×dxv=a0×k0×v， 其中，k0是電磁流量傳感器的一個系數(shù)。即可推算出流體流速v： v= mo mo a0×k×b×d a0×k0
上述動態(tài)反饋極化控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用反饋控制方法使控制時段的電極電勢值等于負(fù)的測量時段的電極電勢值，并將這種對電極的測量和反饋控制周期性的進(jìn)行，基本上抑制了電極信號中的極化。從而可直接從兩個電極信號的差值直接推算出流體流速v，使恒磁式電磁流量計應(yīng)用于一般的導(dǎo)電性流體的測量成為可能。--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(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)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，更多信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：