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JKM-LDE电磁流量计的励磁技术发展和趋势

发布时间:2020-07-14   点击次数:

摘要: JKM-LDE电磁流量计因其结构简单、压力损失小、可靠性高、精确度高等优点,广泛应用于工业、农业和民用等领域的流量测量方面,其中的励磁技术自始至终都是JKM-LDE电磁流量计一个非常重要的研究方向。回顾JKM-LDE电磁流量计励磁方式的发展过程,对励磁方式进行了重点分析,并预测其发展趋势。
1 JKM-LDE电磁流量计的工作原理和发展历程
随着国民经济的持续发展,企业的生产过程不断优化,因此需要各种准确的流量计。JKM-LDE电磁流量计是用于测量具有一定电导率的液体介质流量的仪表,因其没有阻碍被测液体流动的部件,所以不易造成管道堵塞,而且其还具有耐腐蚀等众多优点,所以JKM-LDE电磁流量计在石油化工、造纸以及食品等行业有着重要的作用。
1. 1 工作原理
当被测液体流经工作磁场时,由于切割磁力线而在液体中产生感生电势 E 为:
e = KBDv
式中: K 为仪表常数,B 为磁感应强度,D 为管道内径,v 为管道内的平均流速。
JKM-LDE电磁流量计主要由传感器和信号转换器两部分组成。传感器安装在液体流经的管道上,它将管道内液体流动速度转换成电压信号,通过传输线将此信号送到转换器。转换器则将传感器送来的流量信号进一步放大处理,转换成输出信号,可以就地显示、远传显示或用于控制。
1. 2 JKM-LDE电磁流量计的发展历程
英国物理学家法拉第在 1832 年提出,可以利用地球磁场测量英国泰晤士河水的流量,但是由于相关理论和技术储备不足,最终未获成功。
随着对极化现象深入研究以及电子技术的进步, 在 20 世纪 50 年代初,JKM-LDE电磁流量计实现了工业化应用。20 世纪 80 年代以来,随着材料技术的快速发展和微电子技术的不断进步,使得JKM-LDE电磁流量计也不断趋于完善成熟。现代的JKM-LDE电磁流量计采用功能日益强大的微处理器技术,使JKM-LDE电磁流量计的各项性能指标不断提高。
2 励磁技术的发展
励磁系统是JKM-LDE电磁流量计重要的核心部分,因为磁场的形式直接决定了液体所感生的流量信号特征。JKM-LDE电磁流量计的抗干扰能力、测量精度都与磁场的形式有很大关联。励磁技术主要有以下几个发展方向。
2. 1 直流励磁
采用直流励磁时,被测液体流经的磁场恒定不变,其优点为构造简单可靠,受交流信号干扰小。但是,由于电极输出的流量信号和电极极化电压混叠在一起,而且二者均为直流信号,使得该干扰很难从流量信号中剥离出来,同时极化干扰电压随着流体介质的流动状态和液体温度的改变而变化。另外,电极上感生电动势是直流性质,导致被测流体中正负电荷的定向移动,随着电极附近离子的不断聚集,最终使传感器自身内阻增大,影响其测量的准确性。
金属液体中不存在电解质液体的极化问题且电导率很高,对直流励磁非常有利。直流励磁适用于测量特殊的液态金属。
2. 2 工频正弦波励磁
采用工频正弦励磁时,直接使用 50 Hz( 或 60 Hz)的工频市电励磁,其优点是流量信号为交流性质,能够有效削弱极化的不良作用,降低电极间等效内阻对测量的不良影响。交流励磁电路非常简单,便于提高磁感应强度,提高测量准确度。 交流的工作磁场始终在变化,导致其产生严重的正交干扰和同相干扰,此外还存在电磁感应涡流效应、静电感应、杂散电流等干扰因素,叠加在流量信号中难以去除。
2. 3 高频正弦波励磁
非接触式的电容式JKM-LDE电磁流量计为降低耦合电容的容抗,增加输出流量信号电压幅值,所以需要将励磁频率提高到几百赫兹甚至几千赫兹。被测液体感生电动势的频率和信号幅值都有所提高,有利于转换器提高信噪比。但是,正弦波励磁所固有的微分干扰和同相干扰,仍然对转换器零点稳定性有一定的影响。
2. 4 矩形波励磁
矩形波励磁同时具备直流励磁和交流励磁的优点,即直流励磁无正交干扰和同相干扰,而交流励磁的极化干扰小。由于产生正交干扰和同相干扰的根本原因是工作磁场变化过程,如果工作磁场转换过程足够快,而且工作磁场保持稳定的采样时间窗口足够长,从而避免正交干扰和同相干扰的不良影响,对流量信号进行提取分析,以显著提高转换器的零点稳定性。矩形波励磁又有两种不同的工作方式,即低频矩形波励磁和高频矩形波励磁。低频矩形波励磁虽然能够有效地降低各种干扰,但其励磁周期较长,最终降低了传感器的响应速度,该方法只适用于流速变化缓慢的液体。高频矩形波励磁的响应速度快,但随之而来的感应干扰问题,导致其精度没有低频矩形波励磁高。
2. 5 双频励磁
双频励磁方式是一种高、低频矩形波调制波的励磁方式,其中低频励磁是为帮助提高信号放大电路的零点稳定性,而高频励磁能降低电极在被测液体介质中所产生的极化电压,减小流量信号中的波动,同时还能提高测量的响应速度。但其输出流量信号包括两种频率特征,后续处理过于复杂,进而制约了它的发展和推广。
3 励磁技术的趋势
3. 1 励磁精度进一步提高
工作磁场的精度直接决定了JKM-LDE电磁流量计的误差。当励磁电源波动或者励磁绕组由于温升而使其电阻变大时,导致磁场大小出现偏差,JKM-LDE电磁流量计的误差变大。随着电力电子技术的快速发展,对励磁电流的精确控制已经很容易实现。同时,半导体开关器件的性能不断提升,新型励磁电路的效率越来越高,而体积重量则越来越小。
3. 2 降低励磁功率损耗
部分测量现场没有提供市电,必须采用电池供电,所以需要进一步降低励磁功率。当被测液体流速比较稳定时,采用定时励磁方法,也可以有效地降低励磁功率,延长电池使用寿命。
4 结语
JKM-LDE电磁流量计在工农业生产过程中有着无可替代的地位,因此JKM-LDE电磁流量计的励磁技术也将伴随着相关新材料、新工艺以及新的理论和方法的出现,不断克服各种技术瓶颈和障碍,进一步提高JKM-LDE电磁流量计的测量精度,拓宽测量范围。

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