摘要:電磁(cí)流量(liàng)計 量程寬、結構簡單應用廣泛(fàn)。以電(diàn)磁流(liú)量計(jì)的結構演變與(yǔ)幹擾抑制(zhì)爲線(xiàn)索,兩(liǎng)個(gè)大方向(xiàng)下(xià)的各個(gè)方向(xiàng)的電(diàn)磁流(liú)量計(jì),并分析(xī)了其未來發介紹了展(zhǎn)方向和(hé)趨(qū)勢,在(zài)電(diàn)子(zǐ)不斷發展(zhǎn)與流(liú)量(liàng)計(jì)量方法呈現多樣化(huà)基礎(chǔ)上,未(wèi)來電磁流(liú)量計(jì)仍以(yǐ)提高線圈勵磁(cí)精度(dù)來抑制(zhì)噪(zào)聲幹擾爲主,同(tóng)時又不(bú)斷改變(biàn)自身結構和組(zǔ)合方法(fǎ)測量,以(yǐ)适應越來越複(fú)雜的(de)流體測量環境。
0引(yǐn)言
　　從20世紀50年代(dài)以來,電(diàn)磁(cí)流量計憑借(jiè)其精(jīng)度高量程(chéng)寬、反應(yīng)靈(líng)敏、耐腐蝕等優點廣泛應(yīng)用于(yú)石油(yóu)、化工(gōng)、水計量、制(zhì)藥等(děng)行業(yè),迅(xùn)速(sù)成爲(wèi)實用性最(zuì)爲廣泛(fàn)的(de)工業(yè)測量儀表之一(yī)。經過幾十(shí)年的(de)發展,電磁流量(liàng)計的結構(gòu)、信号(hào)幹擾(rǎo)抑(yì)制技術(shù)革新(xīn)成爲(wèi)電磁流量計(jì)測(cè)量性(xìng)能提(tí)高的重(zhòng)要方向(xiàng)。電(diàn)磁流量計的結構(gòu)、電磁(cí)流量計(jì)幹擾抑(yì)制方法爲(wèi)線索(suǒ),總結(jié)近(jìn)年來電(diàn)磁流量計(jì)現狀(zhuàng)及成果.并分析(xī)其發展趨勢,爲以後流(liú)量計的(de)優化、設計(jì)、智能化等工作(zuò)提供(gòng)一定的(de)參考與(yǔ)基礎(chǔ)。
1電(diàn)磁流量(liàng)計基本原理
　　電磁流(liú)量(liàng)計的基本工作原理是(shì)法拉第(dì)電磁感(gǎn)應定律，當(dāng)被測液體(tǐ)經過測量(liàng)管内部時(shí)會(huì)在磁場中(zhōng)切割磁(cí)感線(xiàn)産(chǎn)生(shēng)感應(yīng)電動勢,在2個測(cè)量電極之間産(chǎn)生的(de)感應(yīng)電動(dòng)勢爲e=kbdv,由(yóu)流(liú)量q=πd2v/4可(kě)得流量q與感應(yīng)電動(dòng)勢e的關系(xì)爲q=πde/4kb。其(qí)中,e爲(wèi)感應(yīng)電動勢,k爲(wèi)常系(xì)數,b爲磁(cí)感應強(qiáng)度,d爲管道内徑(jìng)的寬(kuān)度,v爲流體(tǐ)流速。
　　由于傳統(tǒng)電磁(cí)流(liú)量計對(duì)被測液(yè)體(tǐ)有最低導(dǎo)電(diàn)率的要(yào)求，電(diàn)磁流量計(jì)的測量(liàng)管爲絕(jué)緣測量管(guǎn)或内部襯(chèn)裏有絕緣(yuán)材料(liào),絕緣襯裏(lǐ)限制了被測流(liú)體(tǐ)的(de)溫度範圍及流(liú)量計的可(kě)靠性與适(shì)用性(xìng)。傳統(tǒng)電(diàn)磁流量(liàng)計的單(dān)電(diàn)極對(duì)是根據感應電(diàn)壓信号計(jì)算(suàn)整個流(liú)動截面處(chù)的平(píng)均(jun1)速度,因而，對(duì)被測流體(tǐ)流速分布敏感(gǎn),隻能(néng)測量滿管(guǎn)流體,測(cè)量(liàng)精度受被測(cè)流體的(de)非軸對稱(chēng)速度(dù)分布影響(xiǎng)大,因(yīn)此對直管(guǎn)段要(yào)求高;此外,單一(yī)電磁(cí)流量(liàng)計無(wú)法正(zhèng)确測量多(duō)相流中(zhōng)的(de)導電(diàn)相速(sù)度,尤其是(shì)在工業(yè)現場中(zhōng)存在的油水兩(liǎng)相流(liú)、油氣兩相流等(děng)測量工況(kuàng)下測量(liàng)結(jié)果會(huì)有很(hěn)大的誤差(chà)。因此,需要改變(biàn)電磁(cí)流(liú)量計結(jié)構(gòu)、對勵磁方式(shì)和信号調理(lǐ)技術進行優(yōu)化，使其适(shì)應更複雜(zá)的測量環境。
2電磁流(liú)量(liàng)計(jì)結構(gòu)演化分(fèn)析
　　電磁(cí)流量計結構優化的主(zhǔ)要(yào)方式(shì)包括從(cóng)測量管(guǎn)、勵磁線圈結構(gòu)、測量(liàng)電極(jí)的位(wèi)置和數量(liàng)等方面進行改變,從(cóng)而得到适(shì)用複雜工(gōng)況的電磁(cí)流量(liàng)計。
2.1非絕緣測量管電(diàn)磁流量計(jì)
　　電(diàn)磁流量(liàng)計絕(jué)緣襯裏的(de)作用是(shì)防止感(gǎn)應信号被金屬(shǔ)測量管短(duǎn)路,提(tí)高了流量(liàng)計的(de)測量(liàng)精度(dù)。國内(nèi)的電(diàn)磁流量計(jì)的常見襯(chèn)裏材(cái)料有聚四(sì)氟乙(yǐ)烯、聚三(sān)氟氣乙(yǐ)烯、硬(yìng)橡(xiàng)膠、聚氨酯橡膠、乙烯與四氟氯乙(yǐ)烯共(gòng)聚物(wù)等。但這些絕緣材料在耐(nài)磨性、耐(nài)高溫、耐(nài)氧化性、耐(nài)酸堿(jiǎn)性等(děng)方面不能(néng)兼得,電磁(cí)流量(liàng)計的絕(jué)緣襯裏(lǐ)限制了其測量(liàng)流體的适用範(fàn)圍及(jí)适用工況(kuàng),因此希(xī)望(wàng)電磁流量計(jì)能(néng)突破絕緣襯裏和絕緣測量管的限(xiàn)制，采用非(fēi)絕緣(yuán)測量管進行流(liú)量的測(cè)量。
　　非絕(jué)緣測量管電磁(cí)流量計的原理(lǐ)是建(jiàn)立流體(tǐ)與非絕(jué)緣(yuán)金屬管壁之(zhī)間不(bú)同的(de)邊界條件。通過(guò)施(shī)加與流體流(liú)量成正比的電(diàn)壓,在管(guǎn)壁上形(xíng)成電勢(shì)分(fèn)布,由(yóu)于電(diàn)流(liú)流過金(jīn)屬管壁,使(shǐ)得管(guǎn)壁上(shàng)的電(diàn)勢分(fèn)布與流(liú)體(tǐ)中的流動信号電勢(shì)不同(tóng),這就建立(lì)了管道與(yǔ)非絕(jué)緣金屬管壁之間的(de)邊界(jiè)條件(jiàn),這個邊界條件(jiàn)與絕(jué)緣(yuán)襯裏同(tóng)樣起到了(le)防止(zhǐ)電流經(jīng)過引起(qǐ)短路的(de)作用。也(yě)稱這種(zhǒng)新的控(kòng)制方(fāng)法爲“電勢(shì)補(bǔ)償法”。非絕緣(yuán)測量管電磁流量計的(de)結構如(rú)圖1所示。
 
2.2不同勵(lì)磁線圈形狀的(de)電磁流(liú)量(liàng)計
　　電磁流(liú)量計的勵(lì)磁系統是(shì)由勵磁線(xiàn)圈、導(dǎo)磁鐵(tiě)芯和磁轭等部(bù)分組(zǔ)成。電磁流(liú)量計(jì)的磁場特性不僅和勵磁(cí)電流(liú)大小(xiǎo)變化(huà)有關,還(hái)深受勵(lì)磁線圈(quān)的形狀(zhuàng)、尺寸大(dà)小、匝數等因素影(yǐng)響。電磁流量(liàng)計工作(zuò)磁場(chǎng)的(de)穩(wěn)定性和均勻(yún)性(xìng)是設(shè)計分析勵(lì)磁系(xì)統最關(guān)鍵(jiàn)的因(yīn)素。不同的(de)勵磁(cí)線圈(quān)形(xíng)狀對電(diàn)磁流量計工作磁場(chǎng)的(de)影(yǐng)響(xiǎng)也各具(jù)特點。
2.2.1典型勵磁(cí)線(xiàn)圈
　　工業生産中(zhōng)廣(guǎng)泛應(yīng)用(yòng)的(de)勵磁線圈(quān)的形狀主要有圓形線圈、菱形(xíng)線圈矩(jǔ)形(xíng)線圈、馬鞍(ān)形線(xiàn)圈等(děng)。4種勵磁線圈的仿真幾何模型(xíng)如圖2所(suǒ)示。典型的線圈(quān)結構仍(réng)存在(zài)一些(xiē)不足(zú),如亥(hài)姆霍茲線(xiàn)圈中部的(de)工作(zuò)磁場均勻(yún)度較(jiào)好,而邊緣(yuán)處磁(cí)場卻減弱;菱形(xíng)勵磁線(xiàn)圈和矩(jǔ)形勵(lì)磁線圈産生的工作磁場在電極附近的(de)分布均(jun1)勻度較差;馬(mǎ)鞍(ān)形勵磁(cí)線圈(quān)的磁(cí)場.均(jun1)勻度(dù)最好(hǎo),但輸出感應電(diàn)動勢(shì)大小(xiǎo)比(bǐ)亥姆霍(huò)茲線圈低。
 
2.2.2e形框架亥姆霍茲線(xiàn)圈
　　由于(yú)勵磁線(xiàn)圈的軸(zhóu)向長度(dù)有限(xiàn),根據電磁(cí)感應原理,線圈(quān)産生的磁場是(shì)一系列(liè)圓形的(de)閉環。在線(xiàn)圈彎曲的(de)磁場(chǎng)的邊緣處(chù)形成(chéng)非均(jun1)勻分(fèn)布的(de)磁(cí)場(chǎng)。即電磁場(chǎng)的分布在測量管方(fāng)向具(jù)有(yǒu)邊(biān)緣效應。shereliffja的數學模型(xíng)中提到當(dāng)勵磁線圈的軸向長(zhǎng)度接近(jìn)測(cè)量管半徑的3倍時,有(yǒu)限磁場(chǎng)的(de)靈敏(mǐn)度接近1。雖然分析了電(diàn)磁(cí)流量計靈(líng)敏度(dù)與磁場軸(zhóu)向長度之間(jiān)的(de)關系(xì),但勵(lì)磁線圈沿電極方向的(de)長(zhǎng)度仍(réng)未分析。
　　e形框架亥姆霍茲線圈是一種在傳統的亥(hài)姆霍茲線(xiàn)圈中加入(rù)導磁材料制成的e形(xíng)框架(jià)來模拟磁場的分布的改(gǎi)進勵磁結構。常(cháng)用的勵磁(cí)裝置(zhì)亥姆霍茲線圈(quān)具有2個平行排(pái)列(liè)的線圈(quān),并且(qiě)測量管中的磁流場是2個線圈産生(shēng)的磁場的(de)疊加。爲了減少在線(xiàn)圈邊緣漏(lòu)磁通的(de)影響,一(yī)種由(yóu)導(dǎo)磁(cí)材料(liào)構成的(de)e形勵磁框架,如圖3所示(shì)。線圈纏(chán)繞在e形框架(jià)的中(zhōng)心，整(zhěng)個勵磁裝(zhuāng)置由2個彼此(cǐ)相對放置的(de)e形框架組成。線圈形狀是(shì)矩形的，由于(yú)e形(xíng)框架(jià)具有高導(dǎo)磁率,磁(cí)力(lì)線可以集(jí)中在e形框(kuàng)架的中心區域(yù)，以提(tí)高(gāo)穿過測(cè)量管的磁(cí)場的(de)強度和均勻性(xìng),并且(qiě)可(kě)以(yǐ)減小激勵(lì)裝置的尺(chǐ)寸。其中,e形框(kuàng)架亥姆霍(huò)茲線圈沿着測量(liàng)管的(de)軸向長度(dù)是48mm,即測量管半(bàn)徑的(de)3倍。此種結構具(jù)有漏磁小、磁場(chǎng)分布均(jun1)勻(yún)等優(yōu)點。可(kě)将磁通量(liàng)集中在測量管(guǎn)周圍的區域以确保(bǎo)有(yǒu)足夠的(de)磁場強(qiáng)度(dù)來檢測流(liú)量流速信(xìn)号。.
 
2.2.3雙層勵磁線(xiàn)圈
　　明渠是(shì)一(yī)種具有自由表面液體(tǐ)流(liú)動的渠(qú)道。明(míng)渠(qú)水(shuǐ)流也(yě)稱爲重力流和(hé)無壓(yā)流(liú),其靠重(zhòng)力作用産生,表面相(xiàng)對壓力爲(wèi)零且(qiě)具有自由(yóu)表面，因此(cǐ),明渠水流(liú)流經渠道(dào)的截(jié)面是時刻變化的。明(míng)渠電(diàn)磁流(liú)量計的主要設計問題是(shì)通過專門設計(jì)的勵磁(cí)線圈來保證(zhèng)測量(liàng)區内磁場(chǎng)的均勻分(fèn)布。線圈(quān)的設計(jì)還需(xū)應對幹擾(rǎo)電場的邊(biān)界效(xiào)應，達(dá)到此需求最簡單(dān)的方法(fǎ)是在軸向上增(zēng)加線圈的(de)長度(dù),但這(zhè)又增加了(le)線圈(quān)的制造成(chéng)本。雙(shuāng)層勵磁線(xiàn)圈結構(gòu)爲解決(jué)明渠電磁流量計的磁場分布問題奠定了基(jī)礎。
　　爲了(le)使(shǐ)明渠(qú)流(liú)量計測量區(qū)磁場達到最佳均勻性(xìng),将(jiāng)雙層線圈和亥姆霍茲線(xiàn)圈兩種勵(lì)磁(cí)線(xiàn)圈(quān)進行仿(páng)真比較(jiào),圖4爲雙(shuāng)層勵磁(cí)線(xiàn)圈和(hé)亥姆霍茲線圈(quān)的仿真(zhēn)模型,發現雙(shuāng)層線(xiàn)圈的(de)設計(jì)要優于亥(hài)姆霍(huò)茲線圈,如(rú)果在亥姆霍茲線圈中,在流向(xiàng)方(fāng)向上使線圈(quān)長度增(zēng)加(jiā)50%,則得(dé)到的磁(cí)場分布(bù)均勻性(xìng)與(yǔ)在雙層線圈中相同。因此,雙層(céng)勵磁(cí)線圈結構相比亥姆霍茲(zī)勵磁(cí)線圈更适用于(yú)明渠(qú)電磁流量(liàng)計。
 
2.3不同測(cè)量電(diàn)極結(jié)構(gòu)的電(diàn)磁(cí)流量計
　　根據電極結構的不同(tóng),電磁(cí)流量計可分(fèn)爲(wèi)接觸式和(hé)非接觸式兩種。接觸型電磁流(liú)量計使(shǐ)用金屬(shǔ)點電(diàn)極穿(chuān)透管(guǎn)壁(bì)。非接觸式電(diàn)磁流(liú)量計(jì)是将(jiāng)大面積(jī)的(de)金屬電極粘貼在測(cè)量管(guǎn)上,通(tōng)過電(diàn)容耦(ǒu)合的方式(shì)獲得感應(yīng)信(xìn)号(hào),因此,又稱電容(róng)式電磁流量計。
2.3.1非接(jiē)觸(chù)式電磁(cí)流量計
　　非(fēi)接觸(chù)式電磁流量計(jì)具有(yǒu)一(yī)些(xiē)突出(chū)的優點:一方面(miàn)避免了被(bèi)測液(yè)體(tǐ)與(yǔ)檢測電極(jí)直接接觸(chù),解決(jué)了檢(jiǎn)測(cè)電極容(róng)易受到(dào)液(yè)體腐蝕、磨(mó)損等(děng)問題(tí);選擇合适的襯(chèn)裏材料(liào),電容式(shì)電磁流量計也(yě)可以(yǐ)實現對漿(jiāng)液型和較高腐(fǔ)蝕性流(liú)體的檢(jiǎn)測,增大(dà)了(le)流量儀表的使用範(fàn)圍。另(lìng)一(yī)方面,電磁流量計通過電容(róng)耦合(hé)的方(fāng)式獲取被測(cè)液(yè)體流(liú)量信号,被(bèi)測流體(tǐ)與檢測(cè)電極之間(jiān)的耦(ǒu)合電容(róng)決定了(le)傳感器的内阻(zǔ);增加(jiā)耦合電容(róng)值可以減(jiǎn)小傳感器的内阻,降(jiàng)低(dī)流量信号檢(jiǎn)出難度(dù)，從而使(shǐ)被測流體(tǐ)電導率的(de)下限減小(xiǎo)。
　　非接觸式電磁(cí)流(liú)量計的電極(jí)與被測流(liú)體間(jiān)有絕(jué)緣(yuán)襯裏隔(gé)離或者直(zhí)接采用絕緣測(cè)量管(guǎn)。電極貼(tiē)于(yú)測量(liàng)管外面或鑲嵌(qiàn)于測量(liàng)管内部(bù)。非接觸式電磁流量(liàng)計利用電(diàn)極與被(bèi)測流體(tǐ)通過(guò)絕緣(yuán)襯裏(lǐ)形成(chéng)耦(ǒu)合(hé)電容(róng)來檢(jiǎn)測被測流(liú)體流量(liàng)信号。主(zhǔ)要結(jié)構形(xíng)式按(àn)電極的(de)安裝位(wèi)置可分爲(wèi)兩種(zhǒng):電極(jí)嵌人測量(liàng)管絕緣襯(chèn)裏(嵌人(rén)式(shì))、電極貼在(zài)測量管外(wài)(外貼(tiē)式)。嵌(qiàn)入(rù)式電磁(cí)流量計和外貼(tiē)式電磁(cí)流量計(jì)的(de)結構如(rú)圖5所(suǒ)示,嵌人(rén)式結構(gòu)和普(pǔ)通電磁流(liú)量計電極結構(gòu)類似(sì),而(ér)外(wài)貼式(shì)多是采用陶瓷(cí)表面金屬化将(jiāng)電極(jí)貼在流量(liàng)計測量管外部(bù)。
 
2.3.2多電極式電磁(cí)流(liú)量計
　　通過理論分析[10]發現，流(liú)體測量(liàng)截(jié)面處(chù)的速(sù)度(dù)分布對電磁(cí)流量(liàng)計的(de)測量精度影響(xiǎng)十分(fèn)敏感(gǎn),所以(yǐ)傳統單對電極(jí)電磁(cí)流量(liàng)計測量流體時,要求(qiú)流速分布是軸(zhóu)對稱(chēng)的,因(yīn)此(cǐ),需(xū)要被測流體滿(mǎn)管并具有足夠(gòu)長的直(zhí)管(guǎn)段。在(zài)管徑大、流體未(wèi)滿管或測量條(tiáo)件有(yǒu)限時(shí),單對電極電磁流量計的(de)測量結果(guǒ)會存(cún)在不同程(chéng)度的(de)誤差(chà)，對于非滿(mǎn)管流(liú)體和非軸(zhóu)對稱速度(dù)分布流體的測(cè)量(liàng)傳統流量計(jì)不再(zài)适用,多電(diàn)極式(shì)電磁(cí)流量計可以(yǐ)通過測量多個點的感(gǎn)應(yīng)電動勢(shì),獲得(dé)任意(yì)流型(xíng)下的(de)流體平均(jun1)流速的表達式(shì)以及(jí)測量管内流體液(yè)面(miàn)高(gāo)度，适用(yòng)于非軸對(duì)稱(chēng)流(liú)動和非滿管條(tiáo)件下的流(liú)量測(cè)量。
1)非滿管多電(diàn)極式電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計。其(qí)測量管壁(bì)上具有(yǒu)多(duō)對電(diàn)極,其中1對信号(hào)注人電極設置(zhì)在(zài)測量管(guǎn)底部(bù),用于滿管狀态判别(bié)的滿(mǎn)管指(zhǐ)示電極設(shè)置在測量(liàng)管頂部,其餘3對電極(jí)爲測(cè)量電極(jí)設置(zhì)在(zài)測量管兩(liǎng)側,用(yòng)于管(guǎn)道(dào)流體液.位和(hé)流速信号的測(cè)量。當對液(yè)位進行(háng)測(cè)量時(shí),将電壓幅(fú)值恒(héng)定的交流(liú)信号(hào)施加于信(xìn)号注人(rén)電極上,在流(liú)體滿(mǎn)管情況下,該流量計(jì)的功能與(yǔ)普(pǔ)通的電磁流量計相同,因爲(wèi)此時流體(tǐ)流經橫截面積(jī)是固(gù)定的(de),隻需根據感(gǎn)應(yīng)電動(dòng)勢推出被測流(liú)體的(de)流速(sù),進而(ér)計算得到流量(liàng)值。當流體(tǐ)未充(chōng)滿管道時(shí),滿管指示電極檢測(cè)到(dào)管道(dào)流體爲(wèi)非滿(mǎn)管狀(zhuàng)态(tài),并(bìng)利用算法對測(cè)量值進(jìn)行(háng)修正(zhèng),此時流量(liàng)計的測量方式(shì)則是(shì)測量(liàng)流體流(liú)速和非滿(mǎn)管(guǎn)流體(tǐ)液位高(gāo)度。通過(guò)測量管内(nèi)被測(cè)液(yè)體的耦合,反(fǎn)映液位高度變化的(de)合成信号(hào)可以(yǐ)通(tōng)過(guò)3對測量電極得到,液位高度的準确(què)測量值是通(tōng)過(guò)轉換器(qì)将(jiāng)合成(chéng)信号轉換獲得(dé)。非滿(mǎn)管(guǎn)多電極(jí)電磁(cí)流量計結(jié)構簡圖如圖6所(suǒ)示。
 
2)非軸對(duì)稱速(sù)度分布多電極(jí)式電(diàn)磁(cí)流量計(jì)。由于測量截面(miàn)所在(zài)平面内管(guǎn)壁的感應(yīng)電動勢積(jī)分(fèn)運(yùn)算的(de)測量結果(guǒ)與流體流速(sù)分(fèn)布無(wú)關,因此,多電極(jí)式電磁流量計(jì)可通過(guò)測(cè)量多點的感應電動(dòng)勢來測量(liàng)非軸(zhóu)對稱(chēng)速度(dù)分布下的流體(tǐ)流量(liàng)。非軸對稱速度(dù)分布(bù)多電極式電磁(cí)流量計按(àn)照測量電極個(gè)數可分(fèn)爲四電極式、六(liù)電(diàn)極式(shì)、八電(diàn)極式(shì)、十六(liù)電極式17等(děng)。從理論上講電(diàn)極個(gè)數越(yuè)多,流體平均流速的測量(liàng)精度越高(gāo),但是(shì)從實際生産制(zhì)作條件(jiàn)與(yǔ)流量計可靠性(xìng)來說(shuō),測量(liàng)電極(jí)數目不能無限(xiàn)增多,而且随着(zhe)電極(jí)數目(mù)的增多,測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時性也會降(jiàng)低。
3電磁(cí)流量(liàng)計幹(gàn)擾抑(yì)制(zhì)方法分析
　　在(zài)電磁流量(liàng)計的(de)測量過程中,電(diàn)極采集的流量(liàng)信号(hào)混雜了大量的幹擾(rǎo)信号(hào)和噪聲。流(liú)量信(xìn)号中的(de)幹(gàn)擾信(xìn)号根據産(chǎn)生機(jī)理不同可分爲(wèi)3類,第(dì)一類是與(yǔ)電磁(cí)流(liú)量(liàng)計的(de)電磁(cí)感應(yīng)原理(lǐ)有關的(de)同相幹擾、微(wēi)分(fèn)幹擾等(děng);第二類是和電(diàn)化學(xué)作(zuò)用有(yǒu)關(guān)的漿液噪聲、極(jí)化幹(gàn)擾(rǎo)、流(liú)動噪(zào)聲等;第三類是(shì)因外(wài)部電路而(ér)引起的工(gōng)頻幹擾,可分爲(wèi)串模(mó)幹擾、共模(mó)幹擾兩種(zhǒng)。
　　不同(tóng)勵磁(cí)方式對流(liú)量計(jì)的功耗、精度、實(shí)時性等參(cān)數有(yǒu)着影響。勵(lì)磁方(fāng)式可分(fèn)爲(wèi)采用(yòng)交變(biàn)磁場和采(cǎi)用恒定磁(cí)場2種基本形(xíng)式,采用(yòng)交變(biàn)磁場(chǎng)包括(kuò)正弦波勵磁、低(dī)頻矩形波勵磁(cí)、三值矩形波勵(lì)磁、雙頻矩(jǔ)形波勵磁、三(sān)值梯形(xíng)波勵磁(cí)等(děng)方式,采用(yòng)恒定磁場(chǎng)包括直流電源(yuán)勵磁和永磁鐵(tiě)勵磁。
3.1交變磁場勵磁(cí)
　　最早應用(yòng)在電磁流(liú)量計(jì)中的(de)勵磁方式(shì)是工頻正(zhèng)弦波(bō)勵磁(cí),此(cǐ)種(zhǒng)電磁(cí)流量計(jì)測量迅速,這(zhè)種(zhǒng)方式能(néng)有效消(xiāo)除電極表面(miàn)的極化現(xiàn)象,降低電(diàn)化學(xué)電勢(shì)的影(yǐng)響和(hé)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)内阻,但(dàn)是由于頻(pín)率高(gāo),會帶來一(yī)系列電磁幹(gàn)擾如正(zhèng)交幹(gàn)擾、同相幹擾(rǎo)等(děng)。矩形(xíng)波勵(lì)磁将直流勵磁和交流勵磁的優點結合(hé)起來(lái),既具備交流勵(lì)磁極化幹(gàn)擾小的特(tè)點，又具有(yǒu)直流勵磁無正(zhèng)交幹(gàn)擾和(hé)同相幹擾(rǎo)矩形波勵磁方式(shì)采(cǎi)樣時(shí)間窗口.長(zhǎng)且(qiě)穩(wěn)定,可使(shǐ)流量計的零(líng)點穩(wěn)定性(xìng)得到(dào)提高。
　　矩形(xíng)波勵磁根據工(gōng)作頻率的高低(dī)分爲低頻(pín)矩形波勵磁和高頻(pín)矩形波勵磁，低頻勵(lì)磁雖(suī)然具(jù)有零(líng)點(diǎn)穩(wěn)定和有效降低電磁幹擾的優(yōu)勢,但是會(huì)降低(dī)傳感(gǎn)器的響應(yīng)速度(dù),不再(zài)适用于高(gāo)速變化流體的(de)測量。高頻(pín)勵磁(cí)具有(yǒu)響應(yīng)速度(dù)快(kuài)的優(yōu)勢,但存(cún)在電磁幹擾問(wèn)題導緻測量精(jīng)度的下(xià)降,其測(cè)量精(jīng)度比(bǐ)不上(shàng)低頻勵(lì)磁。随着(zhe)工業(yè)生産生活(huó)中對流體(tǐ)測量(liàng)實時(shí)性(xìng)和測量(liàng)精度(dù)的提高,單頻(pín)的高(gāo)頻(pín)勵磁(cí)和低(dī)頻勵磁(cí)已(yǐ)經不(bú)能滿足人(rén)們的(de)測(cè)量要求,于是國内外研(yán)究人(rén)員将目光投向了雙頻(pín)勵(lì)磁。雙頻勵(lì)磁電(diàn)磁流(liú)量計結合(hé)低頻矩形(xíng)波勵(lì)磁和高(gāo)頻矩形(xíng)波勵磁(cí)的(de)優點(diǎn)。利用雙頻中低(dī)頻抑制測量液體噪(zào)聲、保持零(líng)點穩定(dìng)性(xìng)和高(gāo)頻激勵響應速(sù)度快的特(tè)點在(zài)測量(liàng)被測(cè)液體(tǐ)時取得了較好的效(xiào)果和較快(kuài)的響應速(sù)度。之後雙頻勵磁技術得到快(kuài)速發(fā)展,衍(yǎn)生了高壓(yā)和脈沖寬度調(diào)制(pwm)調制低壓勵磁、時分雙.頻勵(lì)磁、雙頻梯形波勵磁等(děng)多種雙頻勵(lì)磁形(xíng)式。時(shí)分雙(shuāng)頻勵磁方式不(bú)僅(jǐn)兼(jiān)顧了(le)高頻(pín)低頻的優(yōu)點,還提高了流(liú).量(liàng)計的量(liàng)程比(bǐ)。雙頻梯形波與(yǔ)矩形波相(xiàng)比,梯形波具有穩定(dìng)部分(fèn),增加(jiā)了信(xìn)号的穩定性，可(kě)以有效消除(chú)差分幹(gàn)擾。與(yǔ)三角(jiǎo)波相(xiàng)比(bǐ),梯形波(bō)有上升沿和下(xià)降沿,提高(gāo)了電(diàn)壓的利用率。雖(suī)然雙頻勵磁兼(jiān)具高頻勵(lì)磁響(xiǎng)應速度快(kuài)和低(dī)頻勵(lì)磁(cí)穩定性(xìng)好的(de)優點,但(dàn)是(shì)雙頻(pín)勵磁(cí)需要(yào)執行(háng)的(de)算(suàn)法相更爲(wèi)複雜，這就(jiù)使得流量(liàng)計功耗較(jiào)大。
3.2恒定磁(cí)場勵(lì)磁
　　流(liú)量計(jì)采用恒定磁場勵磁時,其(qí)優點是磁(cí)場強度恒(héng)定不變,比(bǐ)交變磁場(chǎng)勵磁更容易實(shí)現,流量計(jì)結構(gòu)也更加簡(jiǎn)化(huà),受工頻幹擾(rǎo)的影響小。恒(héng)定磁場勵磁技術(shù)遇到(dào)的最關鍵(jiàn)問題(tí)是電(diàn)化學(xué)作用(yòng)在測量電(diàn)極上産生極化(huà)電壓(yā),由于電極輸出的(de)流(liú)量測量信号和電極(jí)極化電壓均爲(wèi)直流(liú)信号(hào),導緻很難從測量信(xìn)号中(zhōng)剔(tī)除極化(huà)電壓(yā)幹(gàn)擾(rǎo)信号(hào),甚至極化電壓(yā)過大會掩蓋測量信号(hào)産生的(de)感應電動(dòng)勢。因此,恒定磁場勵(lì)磁方式僅(jǐn)适用(yòng)于内(nèi)阻極小(xiǎo)、導電率極高且不(bú)産生極化電壓的特殊液态金屬的流量測量(liàng)中。
　　目(mù)前克服(fú)電(diàn)極表面極(jí)化的(de)方法可(kě)以分爲(wèi):1)對極(jí)化噪聲進(jìn)行補償。将(jiāng)非勵(lì)磁時段極化噪聲用來補(bǔ)償勵(lì)磁時段(duàn)的(de)極化噪聲。2)低(dī)通(tōng)濾波極化(huà)噪聲并反(fǎn)饋補償。采(cǎi)用階低通濾波(bō)器剝(bāo)離極化(huà)噪(zào)聲,并進行(háng)反饋(kuì)補償(cháng)。因爲低通濾波(bō)器會使流(liú)量信(xìn)号發生畸(jī)變,故(gù)此方法(fǎ)尚(shàng)未應(yīng)用于(yú)商業(yè)儀表。3)将極化電壓控(kòng)制在穩定值。這是一(yī)種避開極化電壓原理的方法(fǎ),代(dài)表方法(fǎ)有繼電器電容(róng)反饋抑制極化(huà)。基于這種(zhǒng)理念，利用動态反饋(kuì)控制的(de)方(fāng)法應用(yòng)在永(yǒng)磁(cí)體勵(lì)磁的電磁流量(liàng)計上(shàng)。目前(qián),這種方法(fǎ)是恒磁磁(cí)場勵(lì)磁方法研究的熱門領域(yù)。
4電磁(cí)流量計發(fā)展趨勢
4.1勵(lì)磁技術的(de)發展趨勢(shì)
　　随着電(diàn)子(zǐ)快速(sù)發展(zhǎn),對勵磁電(diàn)流和勵磁(cí)信号(hào)的控制也(yě)越來(lái)越精确。勵磁方(fāng)式将(jiāng)向(xiàng)多頻方(fāng)向發展,讓電磁(cí)流量計(jì)兼具響(xiǎng)應速度快,零點(diǎn)穩定性好,輸出(chū)信号(hào)穩定(dìng)等優點。勵(lì)磁(cí)頻率也(yě)将向智能變換(huàn)方向發展,根據電磁(cí)流量(liàng)計輸(shū)出感(gǎn)應電勢信(xìn)号中噪聲(shēng)的大(dà)小來改(gǎi)變勵磁(cí)頻率。使電(diàn)磁流量計(jì)不(bú)僅具有(yǒu)克服(fú)流體噪聲和信号零點漂(piāo)移的能力(lì),還能(néng)估計當前流體(tǐ)的漿液濃度值(zhí)。信号(hào)處理(lǐ)技術(shù)也(yě)不.再隻(zhī)依靠(kào)電路(lù)進行(háng)濾波(bō),可以利用(yòng)matlab、快速(sù)傅裏葉(yè)變換(fastfouriertransform,fft)或(huò)小波變換等軟(ruǎn)件處理(lǐ)方式對(duì)信号調理以抑制幹擾,提高電磁流(liú)量(liàng)十的勵磁精(jīng)度。
4.2複雜工(gōng)況組合測(cè)量的(de)發展趨勢
　　随着(zhe)流體測量工況(kuàng)複雜性的(de)增加,電磁(cí)流量計也在朝(cháo)着與(yǔ)其他(tā)方法組合測量的方(fāng)向發展。主(zhǔ)要有電磁流量(liàng)計與弧形(xíng)電導(dǎo)探(tàn)針組合測量(liàng)系統、電磁流(liú)量計結合分相法(fǎ)測量(liàng)液(yè)體流量(liàng)叫、電(diàn)磁流(liú)量十和(hé)電(diàn)阻層析成(chéng)像雙模态系統等。結(jié)合(hé)弧形電(diàn)導探(tàn)針(zhēn)靈敏度高，探測(cè)場(chǎng)分布(bù)均(jun1)勻(yún)的優(yōu)點,可(kě)以提高(gāo)流體測量的分(fèn)辨率。分(fèn)相法(fǎ)的(de)結合可以提(tí)高測量精(jīng)度(dù),成功地使電(diàn)磁流量(liàng)計(jì)适用于原(yuán)始(shǐ)相分布(bù)不均勻的氣液兩相(xiàng)流。電(diàn)磁流量計與電(diàn)阻層(céng)析成像雙模(mó)态(tài)系統可利用多(duō)維數據融合的(de)方法測(cè)量(liàng)油水兩相流的分相(xiàng)體積流量(liàng)與(yǔ)流(liú)速。随着互(hù)相關(guān)算法與多(duō)傳感(gǎn)器信息融合技(jì)術的發展(zhǎn),電磁(cí)流量計與其(qí)他(tā)測量方法(fǎ)組合進行(háng)流體計量(liàng)成爲未來(lái)發展(zhǎn)的(de)方向。

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