電磁流量計(jì)作為一種基于法拉第電磁感應(yīng)定律測(cè)量導(dǎo)電流體速度的感應(yīng)式儀表,其測(cè)量結(jié)果與被測(cè)流體的工作壓力、溫度、密度以及黏度等物理參數(shù)無(wú)關(guān),而且測(cè)量部分沒(méi)有活動(dòng)部件和阻礙流體流動(dòng)的擾動(dòng)件,具有工作可靠、精度高、壓力損失小以及反應(yīng)靈敏等特點(diǎn),因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到了**的應(yīng)用。在單相流體參數(shù)檢測(cè)中,電磁流量計(jì)一般采用點(diǎn)狀電極形式,適用于管道流體速度分布呈軸對(duì)稱(chēng)情況,否則會(huì)引起測(cè)量誤差。為降低流速分布對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,可采用弧狀電極形式的電磁流量計(jì)。為實(shí)現(xiàn)管道流體速度參數(shù)的檢測(cè),并降低流體速度分布對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,因而設(shè)計(jì)了基于弧狀電極電磁流量計(jì)的流體參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。
1.測(cè)量方程
圖1所示為用于管道流體速度參數(shù)測(cè)量的弧狀電極電磁流量計(jì)。流體沿絕緣管道軸線(xiàn)流動(dòng);非導(dǎo)磁材料制成的弧狀電極內(nèi)嵌于管道內(nèi)壁與流體接觸產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的勵(lì)磁線(xiàn)圈附于管道外壁。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,當(dāng)導(dǎo)電流體沿管道內(nèi)部軸線(xiàn)流動(dòng)并做切割磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí),流體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
弧狀電極電磁流量計(jì)流體參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)主要包括感應(yīng)電壓檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊以及PXI模塊3個(gè)部分。
2.1感應(yīng)電壓檢測(cè)模塊
感應(yīng)電壓檢測(cè)模塊主要由勵(lì)磁電路和弧狀電極傳感器組成,其中勵(lì)磁電路用來(lái)在流體測(cè)量區(qū)域產(chǎn)生盡量均勻的磁場(chǎng)分布,而內(nèi)嵌在管道內(nèi)壁與流體接觸的弧狀電極傳感器則負(fù)責(zé)拾取帶有流體速度參數(shù)的感應(yīng)電壓信號(hào)。
2.2信號(hào)處理模塊
電極之間的感應(yīng)電壓是非常微弱的交變信號(hào),而且包含各種噪聲干擾信號(hào),因此為有效采集感應(yīng)電壓信號(hào),檢測(cè)信號(hào)必須進(jìn)行信號(hào)處理。信號(hào)處理模塊主要包括等電位屏蔽電路、前置放大電路、濾波電路、可編程放大電路以及采樣保持電路幾個(gè)部分。
2.3PXI模塊
在弧狀電極電磁流量計(jì)流體參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,信號(hào)的采集與控制采用PXI模塊實(shí)現(xiàn)。PXI是由NI公司發(fā)布的基于PC的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái),結(jié)合了PCI的電氣總線(xiàn)特性、 Compactpci I的模塊化和堅(jiān)固性及 Eurocard機(jī)械封裝特性,從而成為自動(dòng)化和測(cè)量系統(tǒng)的高能低成本運(yùn)載平臺(tái)。PXI模塊通常包括機(jī)箱、系統(tǒng)控制器和外設(shè)等部分。
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
弧狀電極電磁流量計(jì)單相流測(cè)試實(shí)驗(yàn)在水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行?？紤]到管道流體流速范圍較低,因此采用靜態(tài)質(zhì)量法(稱(chēng)重法)以提高測(cè)量精度。由于稱(chēng)重器的量程影響稱(chēng)重時(shí)間的長(zhǎng)短,為保證稱(chēng)重精度,實(shí)驗(yàn)中使稱(chēng)重器工作在滿(mǎn)量程的60%以上,并且ZUI短稱(chēng)量時(shí)間應(yīng)大于30s。
4.結(jié)語(yǔ)
弧狀電極電磁流量計(jì)流體參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括感應(yīng)電壓檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊以及PXI模塊3個(gè)部分。其中,感應(yīng)電壓檢測(cè)模塊提供了勵(lì)磁磁場(chǎng),當(dāng)流體在管道流過(guò)時(shí)在弧狀電極上得到感應(yīng)電壓;信號(hào)處理模塊包含了感應(yīng)電壓信號(hào)的等電位屏蔽、放大、濾波以及采樣保持等處理;PXI模塊輸出1路低頻方波電壓信號(hào)、1路數(shù)字脈沖信號(hào)、多路數(shù)字TTL電平信號(hào)并完成信號(hào)的采集和保存。通過(guò)在水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行的單相流測(cè)試表明,弧狀電極電磁流量計(jì)的感應(yīng)電壓與流體速度之間存在很好的線(xiàn)性關(guān)系,從而可以通過(guò)測(cè)量電極之間的感應(yīng)電壓對(duì)流體速度進(jìn)行計(jì)算。
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