CN1287129C - 一种用于电磁流量计的永磁式励磁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电磁流量计的永磁式励磁方法。永磁体产生分别与导电流体流速方向、电极连线方向垂直的工作磁场，流量信号由电极检出，进入前置放大部分，由前置放大器部分完成阻抗匹配和差分放大，得到的信号送入信号处理部分，由信号处理部分完成信号调理，处理好的信号最终送入微处理器部分，由微处理器部分完成流量的计算，流量值送入显示部分完成流量的显示。非采样时间内采用快速变化的交变电场能抑制传统直流励磁测量非金属流体时严重的极化现象，采样时间内永磁式励磁又避免了交流电磁场的干扰，采用该方法的电磁流量计结构简单，可以在励磁模块零功耗的条件下有效检出流量信号，能有效提高电磁流量计的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁流量计的励磁方法，尤其是涉及一种用于电磁流量计的永磁式励磁方法。
背景技术
电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律，其工作原理是导电流体在工作磁场中运动切割磁力线时，在流体的两端产生感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度B，流体在磁场内的长度L及导体的运动速度u成正比，如果B、L、u三者互相垂直，则e＝Blu。
电磁流量计的正常工作需要一定强度的磁场。目前，磁场的产生方式主要有三种：直流励磁，工频正弦波励磁和方波励磁。
直流励磁用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的磁场。直流励磁变送器的最大优点是受交流电磁场干扰影响很小，因而可以忽略液体中自感现象的影响。但是，使用直流磁场易使通过测量管道的电解质液体在直流电场中被电解，这样将导致正负电极分别被相反极性的离子所包围而极化，严重影响仪表的正常工作。所以，直流励磁一般只用于测量非电解质液体，如液态金属等。
工频正弦波励磁的磁场是由正弦交变电流产生的，所以产生的磁场也是一个交变磁场。采用工频正弦波励磁的变送器的主要优点是消除了电极表面的极化，但是交流励磁导致了电磁感应、静电耦合等工频干扰，致使采用复杂的正交干扰抑制电路等多种抗干扰措施，难以完全消除工频干扰噪声的影响，导致电磁流量计零点难以稳定、测量精度低、可靠性差。
方波励磁包括低频矩形波励磁、三值低频矩形波励磁以及双频矩形波励磁。
低频矩形波励磁技术改变了工频干扰的形态特征，利用工频同步采样技术，获得电磁流量计较好的抗工频干扰的能力，测量精度和零点稳定性较高，但低频矩形波励磁的频率一般为工频的1/2～1/32，获得零点稳定性的同时牺牲了电磁流量计的响应速度。
三值低频矩形波励磁技术的励磁电流信号频率为工频频率的1/8，采用正—零—负—零—正的规律变化，其最大特点是在励磁电流零状态时校正零点，因而具有优良的零点稳定性，但电磁流量计的响应速度较低。
双频矩形波励磁技术中，励磁电流在电极上激励产生的信号电压包括频率高和低的两个频率成分。双频矩形波励磁技术能克服流体介质产生的泥浆干扰和流体流动噪声，具有低频矩形波励磁电磁流量计的零点稳压性，实现电磁流量计零点稳定性、抗干扰能力和响应速度的统一。但双频励磁技术复杂，成本较高，目前仅少数厂家掌握。
除永磁型直流励磁外，其他的励磁方式都需要电磁流量计提供一定强度的电流以保证流量信号的强度，一般来说励磁模块的功耗占整个流量计功耗的比重比较大。当前技术的发展要求实现本质安全防爆以及干电池供电，必须有效地降低励磁模块的功耗。
发明内容
针对以上情况，本发明的目的在于提供一种用于电磁流量计的永磁式励磁方法，采用该方法的电磁流量计具有结构简单，无需励磁电流，响应速度快的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
方案1：
1)将两个电极分别相向对称安装在管道内壁上，两块永磁体对称装在管道外，由永磁体产生的工作磁场，其方向垂直于电极连线以及被测流体的流速方向；切换器的输入控制信号S端与微处理器部分的第一输出端相接，切换器的输入电压信号端X1、Y1分别与微处理器部分的第二和第三输出端相接，切换器的信号端X、Y分别与各自的电极相接；前置放大器部分的输入信号分别与切换器的X2、Y2相接，信号处理部分的输入端与前置放大器部分的输出端相接，信号处理部分的输出与微处理器部分的输入端相接，微处理器部分的第四输出端接显示部分；
2)非采样时间内切换器的信号端X、Y分别与切换器的输入电压信号端X1、Y1导通，使两个电极分别与微处理器部分的第二和第三输出端导通，在两个电极上施加交变电场；
3)在采样时间内切换器的信号端X、Y分别与切换器的信号端X2、Y2导通，使两个电极分别与前置放大部分的第一和第二输入端导通，从而撤销在电极上施加的交变电场，流量信号从电极上检出，电极之间的流量信号经过前置放大部分和信号处理部分处理后，微处理器部分计算出流量值，并送显示部分显示；
4)交变电场的施加和撤销通过切换器完成，微处理器部分在第二和第三输出端上产生中频交变电压。
方案2：
1)一个以上的***式探头垂直于管道轴线方向，沿管道直径方向***管道，电极在***式探头内靠近管道轴线的端部一侧或***式探头的外侧轴向对称布置，永磁体在***式探头内靠近被测流体布置，永磁体的极性方向与***式探头轴线方向相同，导电流体由管道内部流过，电极的连线方向与被测流体的流速方向垂直，与***式探头的轴线方向垂直，永磁体产生的工作磁场的方向垂直于电极连线以及被测流体的流速方向；切换器的输入控制信号S端与微处理器部分的第一输出端相接，切换器的输入电压信号端X1、Y1分别与微处理器部分的第二和第三输出端相接，切换器的信号端X、Y分别与各自的电极相接；前置放大器部分的输入信号分别与切换器4的X2、Y2相接，信号处理部分的输入端与前置放大器部分的输出端相接，信号处理部分的输出与微处理器部分的输入端相接，微处理器部分的第四输出端接显示部分；
2)、3)、4)方法的步骤与方案1相同。
本发明具有的有益的效果是：非采样时间内采用快速变化的交变电场能抑制传统直流励磁测量非金属流体时严重的极化现象，采样时间内永磁式励磁又避免了交流电磁场的干扰，采用该方法的电磁流量计结构简单，可以在励磁模块零功耗的条件下有效检出流量信号，能有效提高电磁流量计的响应速度。
附图说明
图1是本发明的方案1的结构示意图。
图1中：1.永磁体，2.管道，3.电极，4.切换器，5.前置放大部分，6.信号处理部分，7.微处理器部分，8.显示部分。
图2是在单个循环时间T内施加一个周期交变电场时微处理器部分7输出的电压信号UX1Y1的示意图；
图3是在单个循环时间T内施加一个周期交变电场时微处理器部分7控制采样和非采样的时序示意图；
图4是在单个循环时间T内施加多个周期交变电场时微处理器部分7的输出的电压信号UX1Y1的示意图；
图5是在单个循环时间T内施加多个周期交变电场时微处理器部分7的控制采样和非采样的时序示意图；
图6是本发明的方案2的结构示意图。
图6中：1.永磁体，2.管道，3.电极，4.切换器，5.前置放大部分，6.信号处理部分，7.微处理器部分，8.显示部分，9.***式探头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1所示的方案1的实施形式中，两片正对分布在管道2两侧的永磁体1，两片永磁体的极性同向布置。管道2内部设有绝缘层，或本身由绝缘材料形成的测量管。导电流体由测量管2流过。在测量管2垂直于磁场的直径方向的内壁装有电极3，电极3与测量管2绝缘。
切换器4的输入控制信号S端与微处理器部分7的一个输出端相接，切换器4的输入电压信号端X1、Y1与微处理器部分7的两个输出端相接，切换器4的信号端X、Y分别与两个电极3相接。
前置放大器部分5的输入信号分别与切换器4的X2、Y2相接。信号处理部分6的输入端与前置放大器部分5的输出端相接。信号处理部分6的输出与微处理器部分7的一个输入端相接。
永磁体1产生分别与导电流体流速方向、电极3连线方向垂直的工作磁场，流量信号由电极3检出，进入前置放大部分5，由前置放大器部分5完成阻抗匹配和差分放大，得到的信号送入信号处理部分6，由信号处理部分6完成信号的调理，处理好的信号最终送入微处理器部分7，由微处理器部分7完成流量的计算，流量值送入显示部分8完成流量的显示。
交变电场的施加以及流量信号的检出由微处理器部分7通过输出控制信号S来控制切换器4而实现：在非采样时间内，微处理器部分7输出控制信号S使得切换器的X1与X、Y1与Y形成通路，通过两个电极3在导电流体上施加一个或多个周期的快速变化的交变电场以有效抑制电极3的极化；在采样时间内，微处理器部分7输出控制信号S使得切换器的X2与X、Y2与Y形成通路，撤销外加交变电场以检出流量信号。
切换器4可采用多通道模拟开关，如CD4052等；前置放大器部分5可采用低漂移、高共模抑制比、高输入阻抗的精密运算放大器，如斩波稳零型运算放大器TLC2652等；信号处理部分6、微处理器部分7、显示部分8可参照常见电路，说明从略。
在图2所示的示意图中，微处理器部分7输出电压信号UX1Y1按照一定频率正反切换，P为正向电压，N为反向电压。在图3所示时序示意图中，电磁流量计的工作时序为“P-S-N-S-P”循环，P为施加正向电场，S为检出流量信号，N为施加反向电场。切换器4的控制信号和正反向电压均由微处理器部分7提供以保持同步。
在图4所示的示意图中，微处理器部分7输出电压信号UX1Y1按照一定频率正反切换，P为正向电压，N为反向电压。在图5所示时序示意图中，电磁流量计的工作时序为多个“P-N”(或“N-P”)循环后，进行一次S(检出流量信号)。切换器4的控制信号和正反向电压均由微处理器部分7提供以保持同步。与图3相比，如果电磁流量计的工作时序的循环时间T相同，则图4所施加的交变电场的频率更高，能更有效的抑制电极的极化。
在图6所示的方案2的实施形式中，一个以上(一般1～8个)的***式探头9垂直于管道2(图6中只表示出局部)轴线方向，沿管道2直径方向***管道2，电极3在***式探头9内靠近管道2轴线的端部一侧或***式探头9的外侧轴向对称布置，永磁体1在***式探头9内靠近被测流体布置，永磁体1的极性方向与***式探头9轴线方向相同，导电流体由管道2内部流过，点电极3的连线方向与被测流体的流速方向垂直，与***式探头9的轴线方向垂直，永磁体1产生的工作磁场的方向垂直于电极3连线以及被测流体的流速方向；切换器4的输入控制信号S端与微处理器部分7的一个输出端相接，切换器4的输入电压信号端X1、Y1与微处理器部分7的两个输出端相接，切换器4的信号端X、Y分别与各自的电极3相接；前置放大器部分5的输入信号分别与切换器4的X2、Y2相接，信号处理部分6的输入端与前置放大器部分5的输出端相接，信号处理部分6的输出与微处理器部分7的一个输入端相接，微处理器部分7的另一个输出端接显示部分8。
***式探头9安装电极3的部位设有绝缘层或本身由绝缘材料形成，电极3与***式探头9绝缘。电极3的距离管壁的***深度一般为测量管直径的1/2或1/8。
方案2的工作流程与方案1的工作流程相同。
Claims (2)
1.一种用于电磁流量计的永磁式励磁方法，其特征是：
1)将两个电极(3)分别相向对称安装在管道(2)内壁上，两块永磁体(1)对称装在管道(2)外，由永磁体(1)产生的工作磁场，其方向垂直于电极(3)连线以及被测流体的流速方向；切换器(4)的输入控制信号S端与微处理器部分(7)的第一输出端相接，切换器(4)的输入电压信号端X1、Y1分别与微处理器部分(7)的第二和第三输出端相接，切换器(4)的信号端X、Y分别与各自的电极(3)相接；前置放大器部分(5)的输入信号分别与切换器(4)的信号端X2、Y2相接，信号处理部分(6)的输入端与前置放大器部分(5)的输出端相接，信号处理部分(6)的输出与微处理器部分(7)的输入端相接，微处理器部分(7)的第四输出端接显示部分(8)；
2)非采样时间内切换器(4)的信号端X、Y分别与切换器(4)的输入电压信号端X1、Y1导通，使两个电极(3)分别与微处理器部分(7)的第二和第三输出端导通，在两个电极上施加交变电场；
3)在采样时间内切换器(4)的信号端X、Y分别与切换器(4)的信号端X2、Y2导通，使两个电极(3)分别与前置放大器部分(5)的第一和第二输入端导通，从而撤销在电极上(3)施加的交变电场，流量信号从电极(3)上检出，电极(3)之间的流量信号经过前置放大器部分(5)和信号处理部分(6)处理后，微处理器部分(7)计算出流量值，并送显示部分(8)显示；
4)交变电场的施加和撤销通过切换器(4)完成，微处理器部分(7)在第二和第三输出端上产生中频交变电压。
2.一种用于电磁流量计的永磁式励磁方法，其特征是：
1)一个以上的***式探头(9)垂直于管道(2)轴线方向，沿管道(2)直径方向***管道(2)，电极(3)在***式探头(9)内靠近管道(2)轴线的端部一侧或***式探头(9)的外侧轴向对称布置，永磁体(1)在***式探头(9)内靠近被测流体布置，永磁体(1)的极性方向与***式探头(9)轴线方向相同，导电流体由管道(2)内部流过，电极(3)的连线方向与被测流体的流速方向垂直，与***式探头(9)的轴线方向垂直，永磁体(1)产生的工作磁场的方向垂直于电极(3)连线以及被测流体的流速方向；切换器(4)的输入控制信号S端与微处理器部分(7)的第一输出端相接，切换器(4)的输入电压信号端X1、Y1分别与微处理器部分(7)的第二和第三输出端相接，切换器(4)的信号端X、Y分别与各自的电极(3)相接；前置放大器部分(5)的输入信号分别与切换器(4)的信号端X2、Y2相接，信号处理部分(6)的输入端与前置放大器部分(5)的输出端相接，信号处理部分(6)的输出与微处理器部分(7)的输入端相接，微处理器部分(7)的第四输出端接显示部分(8)；
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