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电磁流量计

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基于 Labview 的双线圈电磁流量计技术研究

来源: 安徽冶金科技职业学院作者:发表时间:2018-07-30 09:23:22

此文作者是 安徽冶金科技职业学院,邵 林。作者的观点与论述与本公司无关,本公司只转载了下,双线圈的电磁流量计的实际应用有效性还有待进一步考证,本文仅供参考。

 摘要:电磁流量计测量技术具有非接触性、无污染和易检测等特点,现被广泛应用于化工生产、冶金制造和医疗等各个领域。但由于传统的电磁流量计测量过程易受被测介质和周围环境的影响,致使测量精度和应用范围都受到较大的限制。为解决上述问题,文章设计了一种基于 Labview 技术的双线圈电磁流量计测量方法,应用差值补偿机制和自主学习的中值理论算法,经过仿真实验和实际应用的数据比较,该方法能够大大提高电磁流量计测量的抗干扰能力和适用范围,电磁流量计测量的精度达到1%以上,基本满足电磁流量计测量技术在各个领域的应用。

 
电磁测量技术是应用电磁感应原理,通过激发线圈和接收线圈的相互作用检测样本的相关物理信息,利用时间量、电磁量等数据进行分析处理,计算出被测样本所需的物理参数。电磁测量的样本须具有良好的磁导性,且被测样本周边为非磁导性介质,这样才能满足电磁测量的基本条件。电磁流量计是电磁测量技术应用的典型代表,工业领域应用此技术对管道内的铁磁物质进行速度、流量等参数的检测;医疗领域利用此技术配以适当的辅助介质对人体的循环系统和消化系统等进行非接触式检查。传统的电磁流量计测量技术采用单线圈测量方法,此方法易受到外部信号的干扰,且测量精度也受到本身激发线圈电磁力的干扰,测量精度难以提高。为了较好地解决上述测量问题,本文设计了一种基于Labview 技术的双线圈电磁流量计测量方法,采用单激发线圈和双接收线圈的差值补偿机制,同时采用检测系统的自主学习和中值理论算法,不断优化系统的精度。经过实验室模拟仿真,结合实际应用的数据比较,该检测方法能够大大提高电磁测量的抗干扰能力和适用范围,使得电磁流量计测量的精度达到 1%以上,基本满足电磁流量计测量技术在相关领域的应用。
 
1 单线圈电磁流量计
1. 1 单线圈流量计物理结构
单线圈流量计物理结构图如图 1 所示,此结构包括激发线圈、接收线圈和检测管道。激发线圈产生励磁电流磁化检测管道内的磁性物质,接收线圈检测由于磁化物质移动产生的感应电势。
单线圈流量计物理结构图
1. 2 单线圈流量计通信协议
单线圈流量计采用单片机进行样本检测和数据通信,设定流量计的通讯协议如表 1 所示。其中通讯接口为 RS485,波特率 9600,起始位1 位,数据位8 位,偶校验1 位,停止位1位,MODBUS - RTU 标准协议。
单线圈流量计通信协议
1. 3 单线圈流量计工作原理
如图1 所示,激发线圈产生频率固定的三角波励磁信号磁化检测管道中的样本,当被磁化的样本移动至接收线圈时将产生相应的感应电势。[1] 设定激发时间为 t1 ,接收时间为t 2 ,激发线圈与接收线圈之间的距离为 s,样本流速为 v,则有:
 
1. 4 单线圈流量计检测分析
1. 4. 1 检测波形
将图1 所示的单线圈流量计安装在输送铁矿浆管道上,且确保安装管道部分为非铁磁性物质。单片机按上述的通信协议对铁矿浆进行数据采集和处理,利用示波器观察分析采样波形,采样波形如图2 所示。
单线圈铁矿浆采样波形
在图 2 所示中,励磁电流(i lc )为三角波,噪声(v z )为无励磁信号时接收线圈检测的噪声信号,[2] 接收信号 1(vr1 )为励磁电流对接收线圈产生的互感电势,接收信号 2(v r2 )为接收线圈检测到被磁化的样本感应电势。
 
1. 4. 2 流速计算
励磁电流(i lc )为三角波,则最大励磁电流为顶点,设定励磁电流顶点为激发时间 t 1 ,由电磁感应原理可得20180730092628.jpg20180730092647.jpg
 
1. 4. 3 系统误差分析
根据电磁感应原理,样本被磁化时将产生与流速方向相反的电磁力,电磁力的大小为 F = BILsin θ。此电磁力将直接影响样本的瞬时流速,给检测系统带来系统误差。为了减小该系统误差可以增加激发线圈与接收线圈之间的距离,但距离增大会使得被磁化样本由于紊流的影响磁通量将逐渐变小。为解决上述问题,本文设计了一种基于 Labview 的双线圈电磁流量计,基本满足检测工艺的要求。
 
2 双线圈电磁流量计
2. 1 双线圈电磁流量计物理结构
双线圈电磁流量计物理结构如图 3 所示。此结构与图 1相比多一个接收线圈 2,其他物理结构与图 1 相同,且双线圈流量计的通信协议与单线圈基本一致,在此不再赘叙。
20180730092704.jpg
2. 2 双线圈流量计工作原理
双线圈流量计采用一个激发线圈和两个接收线圈,当激发线圈发出励磁信号后,将分别在两个接收线圈中产生感应电势。设定第一个接收线圈感应电势最大值时刻为 t 1 ,第二个接收线圈感应电势最大值时刻为 t 2 ,两个线圈的实际距离分别为 s 1 和 s 2 ,被检测样本流速为 v s 。则:
20180730092740.jpg
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