電磁流量計作為一種基于法拉第電磁感應(yīng)定律測量導(dǎo)電流體速度的感應(yīng)式儀表,其測量結(jié)果與被測流體的工作壓力、溫度、密度以及黏度等物理參數(shù)無關(guān),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(yīng)靈敏等特點,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(jié)果的影響,可采用弧狀電極形式的電磁流量計。為實現(xiàn)管道流體速度參數(shù)的檢測,并降低流體速度分布對測量結(jié)果的影響,因而設(shè)計了基于弧狀電極電磁流量計的流體參數(shù)測量系統(tǒng)。
1.測量方程
圖1所示為用于管道流體速度參數(shù)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(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)生均勻磁場的勵磁線圈附于管道外壁。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)部軸線流動并做切割磁場運(yùn)動時,流體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢信號。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
弧狀電極電磁流量計流體參數(shù)測量系統(tǒng)主要包括感應(yīng)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(yīng)電壓檢測模塊
感應(yīng)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(qū)域產(chǎn)生盡量均勻的磁場分布,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。
2.2信號處理模塊
電極之間的感應(yīng)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(yīng)電壓信號,檢測信號必須進(jìn)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(shù)測量系統(tǒng)設(shè)計中,信號的采集與控制采用PXI模塊實現(xiàn)。PXI是由NI公司發(fā)布的基于PC的測量和自動化平臺,結(jié)合了PCI的電氣總線特性、 Compactpci I的模塊化和堅固性及 Eurocard機(jī)械封裝特性,從而成為自動化和測量系統(tǒng)的高能低成本運(yùn)載平臺。PXI模塊通常包括機(jī)箱、系統(tǒng)控制器和外設(shè)等部分。
3.實驗結(jié)果
弧狀電極電磁流量計單相流測試實驗在水流量標(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(yīng)大于30s。
4.結(jié)語
弧狀電極電磁流量計流體參數(shù)測量系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括感應(yīng)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(yīng)電壓檢測模塊提供了勵磁磁場,當(dāng)流體在管道流過時在弧狀電極上得到感應(yīng)電壓;信號處理模塊包含了感應(yīng)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(shù)字脈沖信號、多路數(shù)字TTL電平信號并完成信號的采集和保存。通過在水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行的單相流測試表明,弧狀電極電磁流量計的感應(yīng)電壓與流體速度之間存在很好的線性關(guān)系,從而可以通過測量電極之間的感應(yīng)電壓對流體速度進(jìn)行計算。
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