金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)信號(hào)采集方法的研究現(xiàn)狀

金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)是應(yīng)用廣泛的流量計(jì)之一。它沒(méi)有錐管破裂的風(fēng)險(xiǎn)，與玻璃管浮子流量計(jì)相比，使用溫度和壓力范圍更寬，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、壓力損失小、測(cè)量范圍大、運(yùn)行可靠性高、可測(cè)中小流量及低雷諾數(shù)流量、維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)、對(duì)儀表前后直管段長(zhǎng)度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。 金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)分為就地指示和遠(yuǎn)傳指示兩種，就地指示型即通過(guò)指針直接指示流量。遠(yuǎn)傳型分為氣遠(yuǎn)傳和電遠(yuǎn)傳兩種：氣動(dòng)遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)的特性及結(jié)構(gòu)與電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)相似，只是遠(yuǎn)傳信號(hào)是 0.02~0.1  MPa 的氣壓信號(hào)，由于其輸出為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)，所以適于易爆的工藝流程，并可與氣動(dòng)單元組合儀表配套使用，進(jìn)行流量測(cè)量和調(diào)節(jié)。 目前的信號(hào)遠(yuǎn)傳方式還是以電遠(yuǎn)傳為主，非常常用的電遠(yuǎn)傳金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)是在就地指示型的基礎(chǔ)上，再通過(guò)特定的機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動(dòng)差動(dòng)變壓器或者角位移傳感器等，將浮子的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為差動(dòng)變壓器的鐵芯或者角位移傳感器等的角位移，從而轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓信號(hào)輸出。其測(cè)量器件一般采用霍爾元件、磁阻元件和電容式角位移傳感器等。   1.  霍爾元件傳感器 置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。在其他條件不變的前提下，電勢(shì)差即為磁場(chǎng)方向的單值函數(shù)。 其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量器件不與被測(cè)電路發(fā)生電接觸，不影響被測(cè)電路，無(wú)機(jī)械磨損，可靠性較高。但與此同時(shí)，霍爾元件傳感器線路復(fù)雜，功耗大，市場(chǎng)上低功耗高精度的成熟器件較少。 溫度漂移是影響霍爾式金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量精度的主要因素之一，目前消除霍爾式金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)溫度漂移的方法主要包括硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償?shù)姆椒āＳ布a(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ峭ㄟ^(guò)增加額外的補(bǔ)償電路來(lái)消除溫度對(duì)電路輸出的影響，但會(huì)增加電路的復(fù)雜程度，而且對(duì)于不同的工況缺乏相應(yīng)的靈活性；軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ㄐ柙谟布到y(tǒng)中增加溫度傳感器，并通過(guò)相應(yīng)的補(bǔ)償算法進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)程序編寫(xiě)方面要求較高。

2. 磁阻元件傳感器 磁阻效應(yīng)是指某些金屬或半導(dǎo)體的電阻值隨外加磁場(chǎng)變化而變化的現(xiàn)象。同霍爾效應(yīng)一樣，磁阻效應(yīng)也是由于載流子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力而產(chǎn)生的。當(dāng)半導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中時(shí)，導(dǎo)體或半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍耳電場(chǎng)。如果霍耳電場(chǎng)作用和某一速度載流子的洛侖茲力作用剛好抵消，那么小于或大于該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量將減少，電阻增大，表現(xiàn)出橫向磁阻效應(yīng)。由于磁阻傳感器電阻的相對(duì)變化率正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度，因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對(duì)改變量來(lái)表示磁阻效應(yīng)的大小。 目前，磁阻效應(yīng)廣泛用于磁傳感、磁力計(jì)、電子羅盤(pán)、位置和角度傳感器、車輛探測(cè)、GPS導(dǎo)航、儀器儀表、磁存儲(chǔ)(磁卡、硬盤(pán))等領(lǐng)域。磁阻傳感器功耗低，可靠性高，信號(hào)頻率范圍大，但需要配套的整形電路，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。 3.  電容式角位移傳感器 角位移傳感器是位移傳感器的一種型號(hào)，采用非接觸式設(shè)計(jì)，與同步分析器和電位計(jì)等其它傳統(tǒng)的角位移測(cè)量?jī)x相比，有效地提高了長(zhǎng)期可靠性。它的設(shè)計(jì)*，在不使用諸如滑環(huán)、葉片、接觸式游標(biāo)、電刷等易磨損的活動(dòng)部件的前提下仍可保證測(cè)量精度。 電容式角位移傳感器是在設(shè)定極板間距、介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)等參數(shù)相對(duì)不變的條件下，利用電容有效正對(duì)面積的變化來(lái)檢測(cè)角位移變化量的傳感器。 在電容角位移式金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，由于浮子內(nèi)嵌磁鋼，當(dāng)浮子上下移動(dòng)時(shí)，磁鋼同時(shí)上下移動(dòng)，與錐管外一端嵌有小磁鋼的機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)形成內(nèi)外磁鋼磁路耦合，內(nèi)磁鋼的運(yùn)動(dòng)將引起外磁鋼的位移，從而引起連桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，將浮子直線位移轉(zhuǎn)換成連桿角度的位移，利用電容角位移傳感器將其角度的變化轉(zhuǎn)換為電容值的變化，再經(jīng)信號(hào)處理電路將電容值的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，非常終使檢測(cè)電路的輸出信號(hào)幅值反映流體瞬時(shí)流量的大小。