電容式電磁流量計(jì)信號(hào)檢出方式比較

電容式電磁流量計(jì)信號(hào)檢出方式比較
  摘.. 要.. 電容式電磁流量計(jì)的設(shè)計(jì)中, 如何準(zhǔn)確、有效地檢測出微弱的流速信號(hào)一直是研究的重點(diǎn)。本文對(duì)兩種典型的信號(hào)檢出方法.. .. .. 電壓檢測和電流檢測的基本原理進(jìn)行了比較, 分析了它們存在的優(yōu)缺點(diǎn)。
  關(guān)鍵詞.. 電磁流量計(jì).. 電壓.. 電流.. 檢測
   1 .. 引.. .. 言
   電容式電磁流量計(jì)是近年來電磁流量計(jì)的研究熱點(diǎn), 由于采用大面積電極, 并且電極與被測流體間有絕緣襯里隔離, 從根本上解決了電極表面附著、腐蝕、摩擦等問題, 對(duì)電極式電磁流量計(jì)難以測量的流體類型, 如低電導(dǎo)率流體、泥漿混入型流體、附著型流體等, 可以很好地完成檢測, 在很大程度上拓展了電磁流量計(jì)的適用范圍, 在造紙、制糖、化工、冶煉等行業(yè)有著良好的應(yīng)用前景。電容式電磁流量計(jì)是利用靜電電容來檢測感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的, 由大面積電極板與所測流體通過絕緣襯里組成檢測電容, 其電容值一般為幾十pF, 因此要使信號(hào)順利通過, 要求激磁頻率比較高, 一般為幾百Hz, 并且隨著流體電導(dǎo)率的下降, 信號(hào)內(nèi)阻變得很大, 干擾影響加劇, 零點(diǎn)穩(wěn)定困難, 使準(zhǔn)確檢出流速信號(hào)難度增大。為了提高測試精度, 除了改進(jìn)傳感器和激磁電路, 研究信號(hào)的檢出方式, 提高信號(hào)檢出能力也是非常重要的。目前應(yīng)用的信號(hào)檢出方式主要有兩種: 一是直接檢測信號(hào)電壓, 通過提高前置放大器的輸入電阻, 盡量減少信號(hào)電壓的衰減, 保證足夠的精度。二是采用.. 虛地.. 技術(shù), 通過檢測信號(hào)電流, 來獲得流速信號(hào)。
   2 .. 電壓檢測方式
   目前國內(nèi)市場上電容式電磁流量計(jì)主要有德國科隆公司、日本橫河電機(jī)和杭州大河科技等幾家公司的產(chǎn)品, 它們都是采用電壓檢測作為信號(hào)檢出方式。為了保證足夠的檢測精度, 除了良好的屏蔽外, 主要是要提高前置放大器的輸入電阻, 為了達(dá)到足夠高的輸入阻抗, 一般需要采用自舉高阻抗輸入電路[ 1~ 3] , 其基本電路如圖1 所示: 圖1 .. 自舉高阻抗輸入電路原理圖[ 2]其基本原理為: 通過電容C 的正反饋, 把電阻R2 上的電位抬高( 自舉) , 使電阻R1 的兩端幾乎為等電位狀態(tài), 于是, 輸入回路的電流幾乎為零, 從而實(shí)現(xiàn)了高的輸入阻抗。其輸入阻抗可近似由式( 1) 進(jìn)行計(jì)算: Ri .. R1+ R2+ j..R1R2C ( 1) 通過合理選擇參數(shù), 輸入電阻Ri 可以達(dá)到1012 .. 以上, 可以在內(nèi)阻很大的情況下獲得足夠的信號(hào)測量精度。當(dāng)然這只是一個(gè)基本的電路, 實(shí)際應(yīng)用時(shí), 由于運(yùn)放的輸入電容的影響不能忽略, 還需要在電路上進(jìn)行一些調(diào)整[ 3] 。
   3 .. 電流檢測方式
   電流檢測的方法是McHale 提出的[ 4] , 激勵(lì)磁場B 是一個(gè)三角波信號(hào), 通過測量與感應(yīng)電勢(shì)變化率成比例的電流信號(hào), 采用.. 虛地..的方式, 前置放大電路相當(dāng)于一個(gè)電流/ 電壓轉(zhuǎn)換器, 合理選擇反饋電阻的阻值, 可以獲得很高的轉(zhuǎn)換比, 并且通過在線的電容檢測, 保證了檢測的精度。其基本電路如圖2 所示: 圖2 .. 電流檢測的電容式電磁流量計(jì)原理框圖[ 4] 其基本原理是: 電容式電磁流量計(jì)是通過大面積電極同被測流體形成的電容來耦合電磁感應(yīng)產(chǎn)生的與流速相關(guān)的感應(yīng)電勢(shì)的, 根據(jù)電容的特性, 在檢測電極上存貯的電量: Q = CE ( 2) 式中: C 為電極電容值, E 為感應(yīng)電勢(shì)。而感應(yīng)電勢(shì)是與流速v、磁場B 及測量管管徑D 成正比的?？杀硎境墒? 3) , 其中K 為比例系數(shù)。Q = KCvBD ( 3) 因此信號(hào)電流iF 可以由Q 對(duì)時(shí)間的微分得到: iF= dQ/ dt = KCvD( dB/ dt ) ( 4) 由于激勵(lì)磁場B 是三角波, dB/ dt 和iF 都是方波信號(hào), 因此, 只要C 可以準(zhǔn)確得到, 通過檢測iF 就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速的檢測。由于C 值會(huì)隨著流體的溫度、壓力的變化而變化, 因此, McHale 通過在流體與系統(tǒng)地之間增加一個(gè)比磁場激勵(lì)信號(hào)頻率低一倍的三角波電場激勵(lì), 由于iC = CdVC/ dt , 在電極上就會(huì)疊加上一個(gè)與電極電容值成比例的電流信號(hào)iC , 因此, 電極上檢出的電流信號(hào)實(shí)際包含了流速信號(hào)iF 和電容信號(hào)iC, 兩個(gè)極板上的iF 信號(hào)大小相等, 方向相反, 通過一個(gè)加法器進(jìn)行放大, 就可以將iC 信號(hào)檢出; 而iC 信號(hào)是大小相等, 方向相同的, 信號(hào)放大電路中對(duì)iF 采用的是差分放大, 信號(hào)中的iC 分量會(huì)被當(dāng)作共模信號(hào)去除, 不會(huì)影響流速信號(hào)的檢測, 從而通過式( 4) 實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速的檢測。
   4 .. 比較與討論
   綜上分析我們不難看出, 兩種信號(hào)檢出方式各有特點(diǎn), 但都沒有完信號(hào)檢測問題。電壓檢出方式可以充分利用成熟的電極式電磁流量計(jì)的檢測技術(shù), 激磁電路簡單, 但高輸入阻抗使電容的泄漏電流影響明顯, 檢出信號(hào)的誤差增大。同時(shí), 干擾的影響更為顯著, 信噪比SNR 很低, 特別是當(dāng)被測流體的電導(dǎo)率進(jìn)一步降低時(shí)更加明顯, 采取這種信號(hào)檢出方式, 其電導(dǎo)率下限大致為0. 01..S/ m。電流檢出采用.. 虛地..的方式, 檢測電路相當(dāng)于一個(gè)電流/ 電壓轉(zhuǎn)換器, 從根本上消除電容的泄漏電流的影響, 對(duì)傳感器、前置放大器的要求降低了, 對(duì)被測流體電導(dǎo)率幾乎沒有限制[ 4, 5] 。但這種方式使激磁電路變得比較復(fù)雜, 目前仍限于實(shí)驗(yàn)室研究, 還沒有此類的商品型電磁流量計(jì)。
  參考文獻(xiàn)
  [ 1] .. 蔡武昌等編. 電磁流量計(jì)[ M ] . 北京: 中國石化出版社, 2004.
   [ 2] .. 馬中元, 劉克金. 電磁流量計(jì)低電導(dǎo)率流體測量問題的討論[ J] . 自動(dòng)化儀表, 2000, 21( 5) : 5..7.
  [ 3] .. 王.. 萍, 李小京, 盧景山. 電容式電磁流量轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)[ J] . 化工自動(dòng)化儀表, 2003, 30( 1) : 63..65. --擴(kuò)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(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：