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1、永磁式电磁流量传感器及其信号处理刘可昌,李霞,李斌(上海大学机电工程与自动化学院,上海200072)摘要:采用永磁体励磁方式制成的电磁流量传感器,既保持了传统线圈励磁电磁流量计的不易堵塞、无压损等优点,又简化了电磁流量传感器的结构,降低了制造成本,并可充分发挥永磁体励磁方式的功耗低、响应速度快等优点。同时,引入了动态反馈控制的方法来消除电极信号中的极化电压,从而使永磁体励磁的电磁流量计应用于一般导电性流体的测量成为可能。关键词:永磁体;电磁流量计;极化;动态反馈中图分类号:TH814文献标识码:A文章编号:167
2、124776(2007)07/0820213203ElectromagneticFlowSensorExcitedbyPermanentMagnetsandItsSignalProcessMethodLIUKe2chang,LIXia,LIBin(SchoolofMechatronicsandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)Abstract:Anelectromagneticflowsensorexcitedbypermanentmagnets
3、wasintroduced.Ithastheadvantageofstructuresimplification,lowcost,micropowerandquickresponse.Dynamicfeedbackcontrolmethodwaspresentedtoeliminatepolarizationvoltage,whichmadeitpossiblethatelectromagneticflowmeterexcitedbypermanentmagnetswasusedinthemeasuremento
4、fnormalelectricfluid.Keywords:permanentmagnets;electromagneticflowmeter;polarization;dynamicfeedback采用的励磁技术。采用交变磁场励磁方式的主要目1引言的是避免电磁流量计的电极产生极化电势,从而使电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的电磁流量计成为测量导电性液体流量的一种通用仪一种测量导电性液体流量的仪表,其工作原理是当表。而交变磁场是通过在励磁线圈中加交变电流来导电流体在工作磁场中作垂直方向流动而切割磁力产生,磁
5、场强度越大,流量信号所产生的感应电动势线时,会在两侧电极上产生感应电动势,感应电动势越大,信号灵敏度越高。因此,一般来说交流励磁模的大小与液体的流速和流量成正比,其中,励磁技术块的功耗在整个电磁流量计的功耗中占很大的比[2]和信号处理技术是衡量电磁流量计性能好坏的两个重,很难实现低功耗。而且励磁频率过高时,电磁关键技术,直接影响电磁流量计测量的稳定性和精流量计的零点容易不稳定;励磁频率过低时,电磁流确度。量计的响应速度又会变慢。目前广泛使用的电磁流电磁流量计的励磁技术有两种基本形式:一种量计通常采用低频矩形波励磁
6、方式,以牺牲快速响是采用交变磁场的形式(包括工频正弦波励磁、低频应性为代价来换取电磁流量计的稳定性和精确性。矩形波励磁和双频矩形波励磁);另一种是采用恒定[1]2恒定磁场励磁技术的研究磁场的形式(包括直流电源励磁和永磁体励磁),其中交变磁场励磁形式是目前大部分电磁流量计所直流励磁技术是利用直流电源给电磁流量传感收稿日期:2007204224MicronanoelectronicFechnology/July～August2007213微纳电子技术2007年第7/8期器励磁绕组供电或者直接利用永磁体(磁钢)以形成体
7、励磁的电磁流量计能够应用于一般导电性液体流恒定的励磁磁场。直流励磁方法简单可靠,受工频量的测量。本设计所采用的动态反馈控制极化的原干扰影响小,流体中的自感现象可以忽略不计。尤理图如图1所示。其是利用永磁体励磁时,不但可以简化传感器的结构,而且励磁部分不产生功耗,极大地降低了电磁流量计的总功耗。同时,磁钢产生的磁感应强度非常大(本实验用励磁线圈通100mA电流产生的磁场强度约为10mT,而永磁体产生的磁场强度可达400mT),从而使流量信号所产生的感应电动势大大增加,提高了对信号测量的灵敏度,从而使微小流图1动态反
8、馈控制原理图量信号的测量成为可能。但是,直流励磁技术的最大问题是直流感应电图1中,首先对电极A,B所采集到的流量信号动势在两电极表面上形成固定的正负极性,引起被进行适当的信号处理,根据极化电压和感应电动势测流体电介质电解,导致电极表面产生极化现象,电性质的不同(极化电压变化缓慢,感应电动势变化极间存在极化电压,使流量信号减弱,甚至无法测得快),分离出极化电压,然后根据极化
