电磁流量计空管检测技术的设计研究

资料提供：上海大学机电工程于自动化学院 .曹金亮  李斌    编辑供稿：金湖联仪自控设备有限公司

【引言】随着电磁流量计技术及其产品的日益完善，电磁流量计被广泛地用于满管流量测量I H时也较多的被应用于一些时有非满管状态的流最控删上。因此希望电磁流量计能具有良好的空管检测能力以降低管道配置的复杂性，空管检测技术也因此成为当前电磁流最计技术的研究内容之一。
    电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理工作的.其测量方程川是建立在流体满管于测量管道的条件之下的.显然用常规的电磁流且计技术解决枪侧空管问题比较困难.在实际流量控制中主要是解决传感器处于空管状态下的流最值闭锁问题‘”，具体的是指当传感器电极部分或全部处于从流休中裸雌出来时系统应及时检测到这一状态并使流徽值为零。本文就是研究这样的空管检侧问题。
    沈水安等川研究了基于空间电场干扰下信号分析的空管检侧方法。并提出了空间电场干扰使信号饱和状态时的空管检侧技术。蔡武昌等L4J研究了国内外一些产品采用的基于附加激励的相对电导率检侧方法.有产品说明‘i]指出由于附加了激励.该方法对流体电导率有大于20its/cm的条件.文中通过试验和空管状态的等效模I'!分析发现，空竹状态F干扰幅值具有一些不确定性，附加激励的相对电导率检测方法的检测分辨力对信号电缆长度敏感。文中摧于流最信号中干扰的辐值变化，结合电磁流&t计特有的信号处理方法151探讨了空管状态下的信号特点.研究了在不影响流量测最性能前提下的空管检侧方法，同时给出了相关的实现技术。

2.1 空管状态的信号等效模型研究
  由电磁流量计（两电极）传感器与信号放大器组成如图1所示信号测量关系。其中s1、s2分别为两个电极，其等效原理如图2所示。电路为对称结构，图中e1和Z1分别是传感器的流量信号和对应的流体阻抗，Z0为放大器的输入阻抗

在通常情况下，传感器系统和信号放大部分不能做到完全屏蔽，这样电磁流量计电极的输出信号中除了流量信号外还将叠加由空间电磁场造成干扰。图3是考虑干扰时的等效原理图，其中e1、z1和z0的含义与图2所示相同，e2为空间电场在电极上产生感应电势的干扰，Z2为干扰e2的等效内阻阻抗。

在传感器满管情况下，应有Z0≥Z1，Z0≥Z2。对应流量信号e1和干扰e2在放大器形成输入信号V: 

    对于工频电网产生的空间干扰电磁场来说，干扰源可等效为近场的感应电场干扰，可视为一个高阻抗干扰。因而在满管情况下有Z2≥Z0.即

    考虑空管时e1=0，空管状态下Z1和Z2可视为等量大阻抗。V可简化为：

     e2的大小与传感器的屏蔽状况有关。
     基于上述模型分析，进行了相应的空管试验。

1.2 空管试验

    图4是空管试验的原理图，试验条件如下：
    传感器直径50㎜（电极直径为1cm），流体用电导率约为660us/cm的自来水，信号线长度约20m，电极与屏蔽线之间的电容2000pF，信号放大器满幅输出电压正、负均约为15V，放大倍数2000、共模抑制比80dB、输入阻抗10GΩ，具有自动调零功能。励磁电流120mA，励磁方式为励磁频率为工频（50Hz）10分频的恒流双向励磁。
空管试验以满管开始下降液位，得出如图4所示的满管、A水位、B水位和C水位四个状态的输出信号U。图5～10给出了所得到的各个状态信号输出的波形。

作者：金湖联仪@流量计修订1.0 2011-06-23

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