电磁流量计的小信号处理

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1、电磁流量计的小信号处理作  者：李艳摘  要：介绍电磁流量计的工作原理及特点，针对实际生产过程中流量累计时遇到的“小信号”现象，分析了其产生机理并提出了小信号切除方案。为保证流量测量和累计的准确可靠，对电磁流量计的正确安装规范作了介绍。关键字：电磁流量计小信号   随着工业生产过程自动化和智能化程度的提高以及节能降耗和成本核算管理的要求，流量仪表在整个计量仪表中所占的比重越来越高。电磁流量计虽然可以精确地测量流体流量，但是如何解决测量中出现的“小信号”问题，也是影响计量准确的重要因素。   1电磁流量计的工作原理   电磁流量计基于法拉第电磁感应定律，通过测量导电流体在磁场中

2、的感应电动势来计算流体流量。   电磁流量计通常由变送器和转换器两部分组成。被测介质的流量经变送器变换成感应电势后，再经转换器把电势信号转换成统一标准信号（4～20mA）输出，以便进行指示、记录或与电动单元组合仪表配套使用[1]。   电磁流量计变送部分的原理如图1所示。在一段用非导磁材料制成的管道外面，安装有一对磁极N和S。当导电液体流过管道时，因流体切割磁力线而产生了感应电势（根据发电机原理），此感应电势由与磁极成垂直方向的两个电极引出。当磁感应强度不变，管道直径一定时，感应电势的大小仅与流体的流速有关，将感应电势经过放大、转换、传送给显示仪表，就能在显示仪表上读出流量。

3、   感应电势的方向由右手定则判断，其大小由下式决定：   Ex=K'BDv    （1）   式中Ex———感应电势；   K'———比例系数；   B———磁感应强度；   D———管道直径，即垂直切割磁力线的导体长度；   v———垂直于磁力线方向的液体速度。   体积流量Q与流速v的关系为：   将式（2）代人式（1），便得：   式中：   K称为仪表常数，在磁感应强度B、管道直径D不变后，K就是一个常数，这时感应电势的大小与体积流量之间具有线性关系，因而仪表具有均匀刻度。   2流量累计中小信号现象   2.1小信号产生机理   电磁流量计在实际的测量现场和工艺流

4、程中存在误差和容易受到干扰，如“小信号”现象。由电磁流量计的工作原理可知，电磁流量计的干扰问题是由各种励磁方式产生的[2]。   目前很多工厂中存在以下问题：   （1）在泵启动时，液体通过流量计而切割磁力线，产生流量信号，这些液体最终都被后续环节利用，其流量测量值是有效的，应该进行累计；当泵停止时，管道中还会有少量液体回流，反向切割磁力线，同样产生小信号，但是这些液体并没有被实际生产所利用，而流量计仍然会把信号传送给PLC进行采样累计，则会造成较大的误差。   （2）由于外界有震动或较大磁场干扰，在无介质流动时，外界震动等信号作用于传感器，引入“误流量”信号，当这种信号高于

5、仪表的计量下限时也被累计。   （3）电极表面粘附一层绝缘物、受到外界干扰或是电极送出的毫安信号在放大和转换过程中出现零点漂移，使得信号偏离正常值，从而造成误差。   以上这些现象都属于小信号现象。   2.2小信号处理措施   由干扰信号引起的小信号问题无法从工艺设计上得到解决，只能从过程控制方面寻找解决的办法。可通过硬件和软件两种方式来处理。   （1）硬件方式可通过比较电路和电子开关组成，这种方式主要用于滤除干扰信号，但会增加企业的生产成本，因为一个工段会有很多台流量计，因此相应地要更换很多台这种仪表[3]。   （2）软件方式可通过如PLC软件来实现，小信号问题可通过

6、如下的流程逻辑框图来解决。   DCS控制子程序流程如图2。   3电磁流量计的安装   3.1安装场所   通常电磁流量传感器外壳防护等级为IP65（GB4208规定的防尘防喷水级），对安装场所有以下要求：   （1）测量混合相流体时，选择不会引起相分离的场所；测量双组分液体时，避免装在混合尚未均匀的地方；测量化学反应管道时，要装在反应充分完成段的下游[4]。   （2）尽可能避免测量管内变成负压。   （3）选择震动小的场所，特别对一体型仪表。   （4）避免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰。   （5）易于实现传感器单独接地的场所。   （6）尽可能避开周围

7、有高浓度腐蚀性气体的环境。   （7）环境温度在-25∼-10℃和50∼600℃范围内，一体型结构温度还受制于电子元器件，范围要窄些。   （8）安装位置要便于检修和维护。   3.2直管段长度要求   为获得正常测量精确度，电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段，但其长度与大部分其他流量仪表相比要求较低。90°弯管、T形管、同心异径管、全开闸阀通常认为只需要离电极中心线（不是传感器进口端连接面）5倍直径（5D）长度的直管段[5]，不同开度的阀则需10D，下游直管段为（2～3）D或无要求，但要防止蝶阀阀