電磁流量計作為一種基于法拉第電磁感應定律測量導電流體速度的感應式儀表,其測量結果與被測流體的工作壓力、溫度、密度以及黏度等物理參數無關,而且測量部分沒有活動部件和阻礙流體流動的擾動件,具有工作可靠、精度高、壓力損失小以及反應靈敏等特點,因此在工業生產中得到了**的應用。在單相流體參數檢測中,電磁流量計一般采用點狀電極形式,適用于管道流體速度分布呈軸對稱情況,否則會引起測量誤差。為降低流速分布對測量結果的影響,可采用弧狀電極形式的電磁流量計。為實現管道流體速度參數的檢測,并降低流體速度分布對測量結果的影響,因而設計了基于弧狀電極電磁流量計的流體參數測量系統。
1.測量方程
圖1所示為用于管道流體速度參數測量的弧狀電極電磁流量計。流體沿絕緣管道軸線流動;非導磁材料制成的弧狀電極內嵌于管道內壁與流體接觸產生均勻磁場的勵磁線圈附于管道外壁。由法拉第電磁感應定律可知,當導電流體沿管道內部軸線流動并做切割磁場運動時,流體內部產生感應電動勢信號。
2.系統結構
弧狀電極電磁流量計流體參數測量系統主要包括感應電壓檢測模塊、信號處理模塊以及PXI模塊3個部分。
2.1感應電壓檢測模塊
感應電壓檢測模塊主要由勵磁電路和弧狀電極傳感器組成,其中勵磁電路用來在流體測量區域產生盡量均勻的磁場分布,而內嵌在管道內壁與流體接觸的弧狀電極傳感器則負責拾取帶有流體速度參數的感應電壓信號。
2.2信號處理模塊
電極之間的感應電壓是非常微弱的交變信號,而且包含各種噪聲干擾信號,因此為有效采集感應電壓信號,檢測信號必須進行信號處理。信號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部分。
2.3PXI模塊
在弧狀電極電磁流量計流體參數測量系統設計中,信號的采集與控制采用PXI模塊實現。PXI是由NI公司發布的基于PC的測量和自動化平臺,結合了PCI的電氣總線特性、 Compactpci I的模塊化和堅固性及 Eurocard機械封裝特性,從而成為自動化和測量系統的高能低成本運載平臺。PXI模塊通常包括機箱、系統控制器和外設等部分。
3.實驗結果
弧狀電極電磁流量計單相流測試實驗在水流量標準裝置進行。考慮到管道流體流速范圍較低,因此采用靜態質量法(稱重法)以提高測量精度。由于稱重器的量程影響稱重時間的長短,為保證稱重精度,實驗中使稱重器工作在滿量程的60%以上,并且ZUI短稱量時間應大于30s。
4.結語
弧狀電極電磁流量計流體參數測量系統，系統主要包括感應電壓檢測模塊、信號處理模塊以及PXI模塊3個部分。其中,感應電壓檢測模塊提供了勵磁磁場,當流體在管道流過時在弧狀電極上得到感應電壓;信號處理模塊包含了感應電壓信號的等電位屏蔽、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、1路數字脈沖信號、多路數字TTL電平信號并完成信號的采集和保存。通過在水流量標準裝置上進行的單相流測試表明,弧狀電極電磁流量計的感應電壓與流體速度之間存在很好的線性關系,從而可以通過測量電極之間的感應電壓對流體速度進行計算。
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