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弧状电极电磁流量计流体参数测量系统
电磁流量计作为一种基于法拉第电磁感应定律测量导电流体速度的感应式仪表,其测量结果与被测流体的工作压力、温度、密度以及黏度等物理参数无关,而且测量部分没有活动部件和阻碍流体流动的扰动件,具有工作可靠、精度高、压力损失小以及反应灵敏等特点,因此在工业生产中得到了广泛的应用。在单相流体参数检测中,电磁流量计一般采用点状电极形式,适用于管道流体速度分布呈轴对称情况,否则会引起测量误差。为降低流速分布对测量结果的影响,可采用弧状电极形式的电磁流量计。为实现管道流体速度参数的检测,并降低流体速度分布对测量结果的影响,因而设计了基于弧状电极电磁流量计的流体参数测量系统。
 
1.测量方程
图1所示为用于管道流体速度参数测量的弧状电极电磁流量计。流体沿绝缘管道轴线流动;非导磁材料制成的弧状电极内嵌于管道内壁与流体接触产生均匀磁场的励磁线圈附于管道外壁。由法拉第电磁感应定律可知,当导电流体沿管道内部轴线流动并做切割磁场运动时,流体内部产生感应电动势信号。
2.系统结构
弧状电极电磁流量计流体参数测量系统主要包括感应电压检测模块、信号处理模块以及PXI模块3个部分。
2.1感应电压检测模块
感应电压检测模块主要由励磁电路和弧状电极传感器组成,其中励磁电路用来在流体测量区域产生尽量均匀的磁场分布,而内嵌在管道内壁与流体接触的弧状电极传感器则负责拾取带有流体速度参数的感应电压信号。
2.2信号处理模块
电极之间的感应电压是非常微弱的交变信号,而且包含各种噪声干扰信号,因此为有效采集感应电压信号,检测信号必须进行信号处理。信号处理模块主要包括等电位屏蔽电路、前置放大电路、滤波电路、可编程放大电路以及采样保持电路几个部分。
2.3PXI模块
在弧状电极电磁流量计流体参数测量系统设计中,信号的采集与控制采用PXI模块实现。PXI是由NI公司发布的基于PC的测量和自动化平台,结合了PCI的电气总线特性、 Compactpci I的模块化和坚固性及 Eurocard机械封装特性,从而成为自动化和测量系统的高能低成本运载平台。PXI模块通常包括机箱、系统控制器和外设等部分。
 
3.实验结果
弧状电极电磁流量计单相流测试实验在水流量标准装置进行。考虑到管道流体流速范围较低,因此采用静态质量法(称重法)以提高测量精度。由于称重器的量程影响称重时间的长短,为保证称重精度,实验中使称重器工作在满量程的60%以上,并且ZUI短称量时间应大于30s。
 
4.结语
弧状电极电磁流量计流体参数测量系统,系统主要包括感应电压检测模块、信号处理模块以及PXI模块3个部分。其中,感应电压检测模块提供了励磁磁场,当流体在管道流过时在弧状电极上得到感应电压;信号处理模块包含了感应电压信号的等电位屏蔽、放大、滤波以及采样保持等处理;PXI模块输出1路低频方波电压信号、1路数字脉冲信号、多路数字TTL电平信号并完成信号的采集和保存。通过在水流量标准装置上进行的单相流测试表明,弧状电极电磁流量计的感应电压与流体速度之间存在很好的线性关系,从而可以通过测量电极之间的感应电压对流体速度进行计算。