多參數的電磁流量計及其實現技術的研究

來源：江蘇率忠儀表有限公司 2009年10月20日 11:35

電磁流量計是一種利用電磁感應原理進行測量的儀表。作為一種常用的測量導電介質體積流量的計量儀表，從1832年英國科學家法拉地zui早提出到現在已經發展了一百多年，經歷了多個發展階段。二十世紀70、80年代電磁流量計在信號處理技術方面取得了重大進展，新的適應不同測量條件的種類被不斷的開發出來。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，使它成為應用廣泛的一類流量計,在流量儀表中的占有率不斷上升，在工農業生產中發揮著重要作用。

電磁流量計原理上的優點是：讓導電性流體在磁場B下流動，使測量電極間的流體感應電勢E通過儀表系數K與流體平均流速V具有對應關系。在與磁場強度、管道直徑和信號放大器輸入阻抗參數相關的儀表系數K不變的假設條件下，具有可由感應電勢值直接度量流量值的特點。近幾十年來在滿足上述假設條件的應用領域中，電磁流量計已成為zui典型的流量儀表。

盡管電磁流量計在水計量方面一直是一種儀表，但隨著環保和給排水等領域流量計量方式的日益增加，不滿足上述假設條件的應用需求不斷出現。如在給排水、水利、污水排放監測等領域對非滿管狀態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的儀表系數K成為一個變化值，非滿管狀態的流量檢測需要對流速和液位等多參數進行準確測量。近年來，研究具有多參數測量能力的電磁流量計成為了流量檢測領域的研究熱點之一。

在研究電磁流量計傳感器技術中，可以注意到這樣一個重要特點：在儀表的流速信號變送環節中，兩個接觸流體的測量電極與信號放大處理器組成了一個*的流體內電勢測量回路。論文希望利用這個特點，研究建立附加的測量關系和原理，從而解決對儀表系數K變化狀態的檢測方法與技術。實現具有多參數測量能力的電磁流量計。

本論文的整個工作直接利用了電磁流量計的測量電極與導電流體直接接觸的特點，提出了基于附加激勵的參數測量原理，通過在流體內電勢測量回路中引入新的激勵來建立新的測量方程，展開對多參數電磁流量計的實現方法和技術的研究。

為了全面研究應用附加激勵原理來實現多參數測量，論文分別對被動附加激勵和主動附加激勵兩種附加激勵模式進行了多參數測量方法的研究。在理論方面，論文研究了電磁流量計電極測量回路的基本信號傳輸模型，推導了附加激勵條件下利用電極測量回路對流體電導進行測量的基本測量方程。在此基礎上，論文對兩種類型的激勵源的來源、特點及作用于電極回路進行測量的模型進行了進一步的研究：（1）建立并推導了這兩種不同被動附加激勵條件下進行電導測量的基本方程，并通過理論分析和試驗證明，利用這兩種被動附加激勵信號可以用來實現電磁流量計的空管檢測，據此，論文分別研究了利用這兩種被動附加激勵信號進行空管檢測的數據處理方法及空管檢測的判據。（2）根據電極測量回路的特點，研究利用主動附加激勵作用于電極進行電導測量的方法和實現技術，建立了主動附加激勵條件下的電導測量模型，并推導了測量方程。設計了并給出了利用主動附加激勵實現電導測量的工作時序及數據處理方法。利用電導與其它狀態參數的關系，實現了電導率測量、空管檢測、非滿管流量測量，為實現多參數功能的電磁流量計提供理論支撐和實現手段。為實現電磁流量計的多參數測量提供了必要的測量條件。

作為多參數測量的一種重要應用，非滿管流量測量需要同時測量流量信號的大小和管道內流體的液位，并進行多參數測量的綜合處理。論文在分析總結非滿管流動的相關水力學理論的基礎上，進行利用長弧形大電極的結構的傳感器實現非滿管電磁流量計的研究。利用附加激勵測量電導的研究成果，研究了非滿管流動狀態時用電極測量的流體電導與液位之間的模型和測量關系，據此設計了一種非滿管電磁流量計，給出了相應的測量時序關系和數據處理方法。

在本文的研究成果的基礎上，設計了一種主動附加激勵的模塊并完成了多參數非滿管電磁流量計樣機和能夠進行非滿管流量測量的試驗平臺，進行了以下驗證試驗：（1）用傳統的雙點電極傳感器，利用主動附加激勵測量方法，進行測量流體電導率的試驗和空管檢測的試驗；（2）利用設計的大電極傳感器，與標準的電磁流量計進行了滿管流量測量的對比試驗；（3）利用設計的大電極傳感器進行了非滿管流量測量的試驗。相關試驗證明了本文研究的實用性及方法的可行性。從而在理論和技術上實現了用電磁流量計進行多參數測量。論文zui后提出了有待于進一步解決的問題。

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