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    電磁流量計的基本結構

    發布日期:2021-09-14

      電磁流量計基本結構中有兩個重要的組成成分,一個是轉換器,另一個是傳感器,本文將分別對傳感器和轉換器的結構分類作詳細的分析講解。

      2.2.1 .傳感器

      傳感器的主要作用是將通過管道的流量信號進行轉換,將其轉為電動勢。

      1.測量管:主要是傳感器的管道,該管道由高導電率非導磁材料制成,可保證流體在通過時能夠表現出自身的電磁效應,在該管道內中安裝了內襯。使用非導磁材料的原因是保證勵磁線圈中所產生的磁場不會順著管道流走,確保測量管道內部產生磁感應線的情況。

      液體從彎管中流出時,由于管道處有彎道,因此其速度分布會發生變化,產生畸變,在彎管外緣處的流速會加快,為了能保證跟隨內援處流動速度,此時還會產生二次流動情況。而針對不同平面雙彎管道的流動時,此時流體速度除了表現出不均勻分布之外,還會在管道內部多處位置產生漩渦,若是未完全打開閥門,此時流體速度的畸變程度會更加顯著。因此為了保證在測量過程中測量的精確度,需要保證傳感器的上下游部分有確定的一段長直管道,進行多種試驗后確定上游管道約為 3D,下游管道約為 5D,其中 D 表示管道的回敬。隨著技術的革新,近年來電磁流量計對于長直管道的要求降低,

      2.內襯:更通俗的稱法為——襯里,安裝位置在管道內部,內襯通常為絕緣材質,主要是防止流體在流經管道的過程中其產生的感生電動勢能夠被檢測到。在選擇內襯材料的過程中,首先需要考慮的是其絕緣性,除此之外還要求材料具有較好的耐腐蝕性、耐壓性等等。針對不同的使用對象,對內襯材料特性的要求也會呈現出差異化。當前市面上常見的內襯材料有橡膠、PVC 等。在安裝內襯的過程中,對工藝技術有著準確的要求,因此安裝過程較為困難,內襯的安裝作為電磁流量計制造過程中要求嚴苛的一個步驟。

      3.電極:主要作用是將感生電動勢所產生的電動差進行連接,在選擇電極材料時同樣需要注意選擇非導磁材料,利用此種材料可以有效的避免由于導磁材料所造成的磁力線過于集中在電極的現象。在實際的運用中除了選擇非導磁材料,還需要根據運用的環境進行第二步選擇,其中需要對環境的腐蝕情況、溫度要求、液體所產生的壓力等等進行考量。針對腐蝕程度較高的環境應當選擇欽電極材料;針對酸度較高的環境如下水道、廢水、污水環境,則需要選擇耐酸剛電極材料;針對要求較高的酸堿液則需要利用鉑金電極材料。

      4.勵磁線圈:勵磁線圈的作用是產生相對應的磁場,當勵磁線圈纏繞到鐵芯上,給勵磁線圈通電時,管道內部會產生相應的電流,而電流的分布和管道的擺放也有著關聯,管道擺放的位置不一樣,產生的電流形成也不一樣。

      5.鐵芯:鐵芯主要的作用是纏繞勵磁線圈,從而產生相應的磁感應線。鑄造鐵芯的材料可以選擇硅鋼、鑄鋼等等。鑄鋼的電磁感應效果相弱于硅鋼,一般針對鑄鋼而言,其磁導率 μ 是空氣磁導率的0μ 1000 倍,暴露在空氣中的漏磁通常只有千分之一,在計算過程中基本忽略不計,因此勵磁電流所產生的磁場可以進行有效的利用。硅鋼的磁導率 μ通常是空氣磁導率的0μ 6000~7000 倍左右,表現出的電磁感應強度更高,坡莫合金的磁導率 μ 則是空氣磁導率的0μ幾萬倍,價格也不昂貴,但在實際的應用過程中,需要根據利用環境選擇合適的鐵芯材料才能滿足更高的性價比。

      上述五種是傳感器的主要部件,除此之外還有一些其它的零件,如接地環、電極引線等等,各個部件都有不同的用處,只有將所有的部件拼湊在一起才能使傳感器表現出更好的作用。

      2.2.2 轉換器

      電磁流量計中另一個重要部件是轉換器[,絕大多數的電磁流量計中轉換器和傳感器是連接為一體的,但在少部分電磁流量計中二者則是分開使用的,將二者分開主要的原因是考慮到抗干擾的情況。在電磁流量計工作的過程中,流體運動所切割和產生的電動勢能量較為微弱,且在整個過程中會受到來自多個不同方面的干擾,其中如受到來自電磁兩極的干擾、勵磁磁場變動所帶來的干擾、同相干擾等等。為了有效的減少在流體運動過程中所產生的多種干擾,就需要一個穩定可靠的驅動電路,而此電路就就由轉換器組裝而成。在轉換器中也有幾個重要的組成部件,下文將進行詳細介紹:

      (1)前置放大器和濾波器:單片機 A 心的轉換口沒有辦法識別由電極兩端發出的微弱感應電動勢,主要是由于電極兩端所產生的電信號過于微弱,此時為了能幫助轉換口進行信號識別,就需要將電信號進行放大,將其放大至1000~10000 倍**優。在電極引線接上儀用前置放大器就可以將電信號進行放大。但在轉換口進行信號捕捉的過程中同樣會產生格式不同的干擾信號,其中常見的為正交干擾、并模干擾等等,為了有效減少此部分干擾情況,則需要安裝濾波器,使信號經過濾波器時將干擾信號排除。市面上常見的多種濾波器中,常使用的是低通濾波器,主要是由于低通濾波器可以有效的降低高頻噪聲對電壓所產生的影響。面對不同的環境需要選擇不同的濾波器,而濾波器之間的區別主要來源于硬件結構的差異,RV 濾波器屬于結構簡單的一款,但其頻率范圍較大,囊括幾十 Hz 到100MHz。

      (2)采樣、保持電路:單片機并不能直接讀取電極信號,需要利用 A/D 轉換器將電極信號進行轉換后才能傳輸到單片機處。使用 A/D 轉換器前要保持采樣、接收數據過程中具有穩定的模擬量,此時形成的電路被稱為采樣保持電路。

      (3)單片機和配套外設:當代智能儀表的基礎功能是需要做到自我診斷、流量累計計算等,而在儀表轉換器內可以采用單片機或是編寫獨特的編碼進行實現。

      (4)勵磁驅動電路:電磁流量計主要是依賴與勵磁電流所形成的工作磁場,電流保持在 150-400mA 之間,此電流并非由單片機提供,主要來自于單獨的驅動控制電路。

      (5)電源分配電路:在電磁流量計工作的過程中需要有多種部件同時工作,因此需要多種不同的電壓,此時就需要電源進行電路分配,給不同部分分配對應的電源電壓,其中勵磁電源需要的電壓為 36V~40V,而單片機工作需要的電壓為3.3V 和 SV,放大器工作需要的電壓為 12~15V。因此電源需要分配出四組電路。四種電路中勵磁電源所需要的電壓方式為特別,需要利用到 LDO 方式,主要是由于 LDO 方式能夠產生極小的輸出波紋電壓,能夠幫助勵磁電流產生穩定的磁場,消耗的功率也更小。

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