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电磁流量转换器主要特点与性能

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电磁流量转换器主要特点与性能
点击次数: 发布时间:2016-05-22
电磁流量转换器的作用是把电磁流量传感器输出的毫伏级电压信号放大,并转换成与被测介质体积流量成正比的标准电流、电压或频率信号输出,以便与以仪表及调节器配合,实现流量的指示、记录、调节和积算。
根据电磁流量传感器的特点,要求转换器具备以下几个方面的性能:

1.线性放大能力

转换器应具有高稳定性能的线性放大器,能把毫伏级流量信号放大到足够高的电平,并线性地转换成标准电信号输出。

2.能够分辨和抑制各种干扰信号

根据不同的励磁方式,转换器应有相应的措施抑制或消除各干扰信号的影响。
对于正交干扰,除了传感器中的干扰调整机构调零外,转换器中应有分辨和抑制正交干扰的机构,以消除传感器中剩余的正交干扰信号。否则,这些干扰信号同样会被转换器的放大器放大,严重影响仪表工作。对正交干扰的抑制方法一般是将经过主放大器放大后的正交干扰信号通过相敏检波的方式鉴别分离出来,然后反馈到主放大器的输入端,以抵消输入端进来的正交干扰信号。
对干同相干扰,由于产生的原因比较复杂,抑制的方法也较多。在传感器方面,将电极和励磁线圈在几何形状、尺寸以及性能参数上做得结构均匀对称、并分别严格屏蔽,以减少电极与励磁线圈之间的分布电容影响。另外,单独、良好的接地也十分重要,减少接地电阻可以减小由于管道杂散电流产生的同相干扰电势。在转换器方面,通常是在转换器的前置放大级采用差分放大电路,以利用差分放大器的高共模抑制比,使进入转换器输入端的同相干扰信号得不到放大而被抑制。在转换器的前置放大级中增加恒流源电路,能更好地抑制同相干扰。
对于方波励磁,应避开上升沿和下降沿处的微分干扰采样流量信号。

3.应有足够高的输入阻抗

电磁流量转换器必须有足够高的输入阻抗,以克服传感器内阻变化带来的影响,提高测量精准度。
由于电磁流量传感器的内阻很高,一般可高达几十到几百千欧(与被测介质的电导率和电极直径有关)。因此转换器必须有足够高的输入阻抗,以提高测量准确度和加长传输信号导线。如图7-12所示为传感器和转换器的等效电路,图中,e是传感器产生的流量电势信号,r是传感器内阻,RL为转换器输入阻抗,ex是转换器接收到的流量电势信号。
电磁流量转换器信号传输图
当传感器与转换器连接在一起时,传感器产生的流量信号电势为e,而传送给转换器的信号仅为ex,显然,ex〈e,有一部分信号电势消耗在传感器内阻r上,根据欧姆定律可知
电磁流量转换器公式
如果欲保证0.1%的传输精度,也就是ex≥0.999e,则r与RL之间必须满足
电磁流量转换器公式
从式7-9可以推得:RL≥0.999Fr≈1000r。
如果传感器内阻r为200kΩ,则为了保证0.1%的传输精度,转换器的输入阻抗必须大于或等于200MΩ。如果传感器内阻再提高,则转换器的输入阻抗也应更高。
传感器内阻与被测介质的电导率δ以及电极与介质的接触面积有关,对于通常采用的圆形电极来说,如果电极直径d相对于两电极间的距离D很小时,可以近似地用下式来计算传感器内阻
电磁流量转换器公式
假设电极直径为1cm,则为使传感器内阻不超过200kΩ,被测介质的电导率的最小值应控制在
电磁流量转换器公式
表7-3列出了部分液体(液体流量计)的介质电导率,从表中可以看出,这个电导率相当于蒸馏水的电导率。一般可以认为这个值是目前通用电磁流量计可测量的介质电导率下限。如果希望测量电导率更低的流体介质而又不影响传输精度,则转换器应有更高的输入阻抗。一般转换器的最小输入阻抗约达200MΩ,目前国内一些较好的转换器,输入阻抗已可达10000MΩ以上。
转换器的输入阻抗RL越高,测量时就越不容易受传感器内阻r变化的影响,可测介质的电导率下限也可降得越低,即扩大了电磁流量计的应用范围。国外有特殊结构的电磁流量计,用与液体不接触的电极以电容方式传送流量信号,可测电导率下限达10-8S/cm的液体。

4.应能消除电源电压和频率波动的影响

对于交流励磁的电磁流量计,从式7-4可以看出,即使管径D和平均流速u保持不变,当电源电压或频率波动时,也会使电势信号e波动。所以,在检测流量信号时,如果只检测电势信号e,就会使仪表的工作受电压和频率波动的影响。为了消除电压和频率波动的影响,可采用测量比值e/Bmsinwt,而不是仅测量e的方法。这样,从流量的基本测量关系式7-5可知,当管道直径D固定时,所测得的信号e/Bmsinwt恰能反映流量qv,消除了电源电压和频率的影响。较早期的工频励磁电磁流量转换器采用霍尔乘法器实现e/B的除法运算,由于霍尔乘法器体积大,工艺复杂,稳定性又较差,可用乘法电路代替霍尔乘法器。
电磁流量转换器部分液体介质20°C时的电导率对照表
对于方波励磁的电磁流量计,由于B已基本不受电源的影响,所以不需要测量e/B,可直接避开微分干扰采样流量信号。

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