耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家勵磁結構優(yōu)化設計的實(shí)驗結果分析

耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家是根據電磁感應定律制成的一種測量導電性液體流量的儀表，可以解決其它流量計不易解決的問(wèn)題，如臟污流、腐蝕流的測量  。由于小口徑耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家傳感器產(chǎn)生的信號非常小 ，對工作環(huán)境要求比較高，比如溫度變化等。
勵磁方式?jīng)Q定著(zhù)耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家的抗干擾能力大小和零點(diǎn)的穩定性能 。耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家的發(fā)展歷史與勵磁方式的演變過(guò)程關(guān)系密切。不同的勵磁方式代表著(zhù)不同時(shí)代的特征和技術(shù)進(jìn)步。近幾十年來(lái)，耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家的關(guān)鍵技術(shù)——勵磁技術(shù)也經(jīng)歷了直流勵磁(含永磁勵磁)、工頻正弦波勵磁、低頻矩糟波勵磁、低頻三值矩形波勵磁、高頻矩形波勵磁和可編程脈寬矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁六個(gè)階

特別是電磁干擾信號與有用的信號混在一起， 它們不僅成分復雜，而且有時(shí)候干擾信號還會(huì )比流量信號大在這種情況下怎樣抑制和排除這些干擾， 提高信噪比就成了研制和使用耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家的一個(gè)重要的技術(shù)關(guān)鍵之一。
而勵磁方式的選擇直接影響傳感器內部勵磁線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)情況，進(jìn)一步影響傳感器輸出的感應電動(dòng)勢信號和儀表的測量準確度。在總結現有勵磁方法及前人的工作的基礎上，本文采用雙頻 3 值勵磁方法提高信噪比以及零點(diǎn)穩定性和測量準確度。
1 雙頻 3 值勵磁方法的設計
國內有的產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)大約一年的現場(chǎng)運行以后,儀表的測量誤差會(huì )大大超過(guò)規定值,經(jīng)現場(chǎng)技術(shù)人員和專(zhuān)家共同分析得出,其原因是對勵磁電路的勵磁方式和勵磁功耗沒(méi)有很好地綜合考慮,引起溫度不穩定造成的。國際上一般采用矩形波勵磁，如圖1所示勵磁波形。

在恒流源上會(huì )產(chǎn)生較大的壓降，增加功耗。在一些防爆、電池供電的耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家中這種
方式就會(huì )出現問(wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò)改進(jìn)波形來(lái)降低勵磁功耗。
為了能較準確地測量液固兩相導電性流體和低導電率流體的流量，進(jìn)一步降低勵磁功耗，進(jìn)一步實(shí)現傳感器小型輕量一體化，又必須采用較高頻率的矩形波勵磁，犧牲耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家的零點(diǎn)穩定性。為降低勵磁功率，本文用圖 2 所示的波形勵磁。

式中: R 為勵磁線(xiàn)圈等效電阻.

對比式(1)與式(2)， 可知a bP P > ， 即間歇式波形中功耗較小。 因此適當選擇1t ，2t ，3t ，T 大小， 可有效地降低勵磁功耗， 從而使得勵磁電流在電路中引起的溫度不穩定因素得以解決。在一個(gè)周期內非勵磁時(shí)間與勵磁時(shí)間相等，正向勵磁，負向勵磁與兩個(gè)非勵磁部分等于一個(gè)周期的四分之一，兩個(gè)非勵磁部分間隔在正勵磁與負勵磁之間，即

這樣功率就減少了一半，使得勵磁線(xiàn)圈在長(cháng)期工作時(shí)溫度穩定性提高。如圖 2 中1t 和3 2t t − 為非勵磁部分，即勵磁電流為零。這部分很好的解決了由于溫漂引起的零點(diǎn)穩定性問(wèn)題。
為了解決零點(diǎn)穩定性和抗干擾能力這一突出矛盾， 最佳方案是采用雙頻 3 值矩形波勵磁的方法，使耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家具有 3 值勵磁的零點(diǎn)穩定性好的特點(diǎn)，也進(jìn)一步降低勵磁功耗。具有高頻矩形波勵磁降低泥漿干擾和流動(dòng)噪聲的數量級， 獲得儀表的快速響應速度， 同時(shí)提高電磁流量傳感器輸出信號的信噪比， 成為耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家劃時(shí)代的勵磁技術(shù)。 如果用雙向勵磁方法可以得到對兩個(gè)方向水流速度的監測， 即兩組反應水流速度的電動(dòng)勢， 經(jīng)過(guò)合理的信號處理就會(huì )使得以上的優(yōu)點(diǎn)更加突出。
2 流量計勵磁結構優(yōu)化設計
雙勵磁是十字交叉式勵磁，理想情況下，勵磁電流 I 1 產(chǎn)生的磁場(chǎng)只影響電極 A 1 和 A 2的電動(dòng)勢，而勵磁電流 I 2 產(chǎn)生的磁場(chǎng)只影響 C 1 和 C 2 的電動(dòng)勢。為了減小兩組線(xiàn)圈對其它電極的影響，雙向勵磁的兩組磁力線(xiàn)要成 90 度角，如圖 3 所示。

在雙頻 3 值勵磁方式中， 當利用正、 負方波組交替中的不勵磁段的零值來(lái)作為信號的零點(diǎn)參考，從而對正或負勵磁下的信號進(jìn)行補償即動(dòng)態(tài)消除信號的零點(diǎn)漂動(dòng)值。這在三值正、負方波組勵磁中就是用三值中的零值勵磁輸出值來(lái)動(dòng)態(tài)互補其他兩值下的信號零點(diǎn)。
顯然， 由于零值勵磁下的信號值并不是真正的正或負值勵磁下的信號零點(diǎn)漂動(dòng)值， 而只能假設與信號零點(diǎn)漂動(dòng)值有很大的相關(guān)性。 從而利用這種假設的信號零點(diǎn)漂動(dòng)值來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)相關(guān)互補真正的信號零點(diǎn)漂動(dòng)值。
3 實(shí)驗結果分析
零點(diǎn)動(dòng)態(tài)相關(guān)互補方法是我們在研制微小流量耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家、 脈沖流量耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家采用的信號放大處理方法。 其優(yōu)點(diǎn)是可使勵磁頻率能在勵磁回路的慣性常數允許下達到最大值， 并
保持信號放大處理后的零點(diǎn)穩定和對流動(dòng)噪聲不敏感， 使耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家具有良好的動(dòng)態(tài)響應性能和零點(diǎn)穩定性能。

勵磁電流 I 1 和 I 2 相差四分之一周期，這樣兩個(gè)勵磁電流的非勵磁部分可以避免在同一時(shí)間出現，導致這段時(shí)間水流速度數據丟失。如圖 4 所示。水流穿過(guò)勵磁電流 I 1 產(chǎn)生的磁場(chǎng) B 1 在電極 A 1 和 A 2 兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢 E 1 反映的是 t 1 -t 2 和 t 3 -t 4 時(shí)間的水流信息；水流穿過(guò)勵磁電流 I 2 產(chǎn)生的磁場(chǎng) B 2 在電極 C 1 和 C 2 兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢 E 2 則反映的是 t 0 -t 1 和 t 2 -t 3 時(shí)間的水流信息，這樣水流在整個(gè)周期內的流量信息都被采集到 E 1 與 E 2 內，保證了流量計數據的完整性。
本文勵磁方法的主要目的使耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家對流量變化響應快、 零點(diǎn)穩定和對流動(dòng)噪聲影響不敏感。 其原理是利用非勵磁部分的零點(diǎn)穩定特性與高頻快速響應特點(diǎn)兩者性能互補來(lái)改善勵磁耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家性能，圖 5 是本文勵磁方法的原理圖。

這種雙頻勵磁法在較少流量起伏的情況下， 可以提供對流動(dòng)噪聲影響不敏感， 同時(shí)有保證有穩定的零點(diǎn)的污水流量計。 而對流量連續波動(dòng)的情況， 這種方法也難以保證穩定的零點(diǎn)，

4 結論
本文主要提出了耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家新的勵磁方法： 雙頻 3 值勵磁方法， 通過(guò)合理設計使得外部干擾最小，儀器穩定性最高，對傳感器輸出信號處理濾除干擾信號提高精度。但本質(zhì)上還是矩形波勵磁的方式的一種變形， 因此， 上述對信號處理方法的分析與探討具有一定的普遍性。
耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家的動(dòng)態(tài)響應與零點(diǎn)穩定性問(wèn)題是一對相互制約的性能要求。 無(wú)論采用何種勵
磁方法兩者之間都存在矛盾。 本文的設計保證動(dòng)態(tài)響應快的同時(shí)又提高了零點(diǎn)穩定性。 同時(shí)，通過(guò)隔直、濾波等其他手段也可以在較高勵磁頻率下達到零點(diǎn)較穩定的效果。對于節能、防爆以及高精確度檢測的要求，小功率與大量程范圍度的性能追求是必不可少的。因此，充分提高耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家的綜合性能指標是耐酸堿污水流量計廠(chǎng)家技術(shù)的發(fā)展趨勢。 135
本設計的缺陷是對線(xiàn)圈的安裝要求較高，雙向勵磁的兩組磁力線(xiàn)要成 90 度角。以及對
線(xiàn)圈電感的匹配要求比較高，在以后的研究中希望能夠改進(jìn)。