电磁流量转(zhuǎn)换器主要特点与性(xìng)能
点击次数:2258 发布时间:2020-11-17 13:45:35
电磁流量转换器的作用是把电磁流量传感器(qì)输出的毫(háo)伏级电压信号放大(dà),并转换成与被(bèi)测介质体积流量成正比的标准电流、电压(yā)或频率信号输(shū)出,以便与(yǔ)以仪表(biǎo)及调节器(qì)配合,实现流量的(de)指示、记录、调节和积算。
根据电磁流量传感器的特点,要求转换器具备(bèi)以(yǐ)下几(jǐ)个方面的性(xìng)能(néng):
1.线性放大能力(lì)
转换器(qì)应具有高(gāo)稳(wěn)定性能的线性放大器,能把毫伏级流量信号放大到足够(gòu)高的(de)电平,并线(xiàn)性(xìng)地转换成标准电信号输出。
2.能够分辨和抑制(zhì)各种干扰信号
根(gēn)据不同的励磁方式,转换器应(yīng)有相应的(de)措施抑制或消除各干(gàn)扰信号的影响。
对于正交干扰,除了传(chuán)感器中的干扰调(diào)整机构调零外,转换器中应有分辨(biàn)和抑制(zhì)正交干扰的机构(gòu),以消除传感器中剩余的正交干扰信号(hào)。否则,这些干扰信号(hào)同样会被(bèi)转换器的放大器放大,严重影(yǐng)响仪表工作。对(duì)正(zhèng)交干扰的抑制方法一般是将经过主放大器(qì)放大后的正交干扰信号通过相敏检波的方式鉴别分离出(chū)来,然后反馈到主放大器的输入端(duān),以抵消输入端进来的正交干扰信号。
对(duì)干同相干扰,由于产生的原因比较复杂,抑制的方法也较多(duō)。在传感器方面,将电*和励磁线圈在几何(hé)形状、尺寸以及性能(néng)参数上做得结构均匀对称(chēng)、并分别严格屏蔽,以减(jiǎn)少电*与励磁线圈之(zhī)间(jiān)的分布电(diàn)容影响(xiǎng)。另外,单独、良好的接地也十分重要,减少接地电阻可以减小由于管道(dào)杂散电流产生的同相干扰电势。在转换器方面(miàn),通常(cháng)是在转换器的前置放大级采用差分放大电路,以利用差分放大器的高共模抑制(zhì)比,使进(jìn)入转(zhuǎn)换器(qì)输入端的同相干扰信号得不到放大而被抑制。在转换器的(de)前置放大级中增加恒流源电路,能更好(hǎo)地抑制同相干扰。
对于方波励磁,应避开上升沿和下降沿处的微分干扰采样流(liú)量信号。
3.应有足够高(gāo)的输入阻抗(kàng)
电磁流量转换器必须有足够高(gāo)的输(shū)入(rù)阻抗,以克服传感器内阻变化带来的影响(xiǎng),提高测量(liàng)精准(zhǔn)度。
由于电磁流量传感器的内阻很高,一般可高达(dá)几十(shí)到几百千欧(与被测(cè)介质的电导率(lǜ)和电*直(zhí)径有关)。因(yīn)此转换器必须有足够高的输入阻抗,以提高测量准确度和(hé)加(jiā)长传输信号导线。如图7-12所(suǒ)示为传感器和转换器(qì)的等效电路,图中,e是传感器产生的流量电势信号,r是传感器内阻,RL为转换器输入阻抗(kàng),ex是转换器接收(shōu)到(dào)的流量电势信号。

当传感器与转换器连接在一起时,传感器产生(shēng)的流量信号电势为(wéi)e,而传送给转换器的信号仅为ex,显然,ex〈e,有一部分信号(hào)电势消耗在传感器内阻r上,根(gēn)据(jù)欧姆定律可知(zhī)

当传感器与转换器连接在一起时,传感器产生(shēng)的流量信号电势为(wéi)e,而传送给转换器的信号仅为ex,显然,ex〈e,有一部分信号(hào)电势消耗在传感器内阻r上,根(gēn)据(jù)欧姆定律可知(zhī)

如果欲保(bǎo)证(zhèng)0.1%的传输精度,也就(jiù)是ex≥0.999e,则r与RL之间必须满足

从式7-9可以推(tuī)得:RL≥0.999Fr≈1000r。
如果传感器(qì)内阻r为200kΩ,则为了保证0.1%的传输精度,转换(huàn)器的输(shū)入阻抗必须大于或等于200MΩ。如果传感器内阻再提高,则转换器(qì)的输入阻抗也应(yīng)更高(gāo)。
传(chuán)感器内阻与被测介质的(de)电导(dǎo)率δ以及电(diàn)*与介质的接触面积有关(guān),对(duì)于通常采用的圆形电*来说,如果(guǒ)电*直径d相对于两电*间的距离(lí)D很(hěn)小时,可(kě)以近似地用下(xià)式来计算传感器内阻

假设电*直径为1cm,则为使传感器内阻不超过200kΩ,被测(cè)介质的电导率的*小值应控制在

表7-3列出了部分液体(液体流量计)的介质电导率,从表(biǎo)中可以看出,这(zhè)个电导(dǎo)率相当于蒸馏水的电导率(lǜ)。一般可以认为这个值是(shì)目前通用电(diàn)磁流(liú)量计可测量的介质电(diàn)导率下限。如果希望测量电(diàn)导率更低的流体(tǐ)介质而又不影响传输精度,则转换器应有更高的输入阻抗。一般转换器的(de)*小输入阻抗约达200MΩ,目前国内一些较好的(de)转换器,输入阻抗已可达10000MΩ以上。
转(zhuǎn)换器的输入阻抗RL越高,测量时就(jiù)越不容易受传感器内阻r变化的影(yǐng)响,可测介质的电导率下限也可降得越(yuè)低,即扩大了电磁流量计的应用范围。国外有特殊结构的电磁流量计,用与液(yè)体不接触的电*以电容方式(shì)传送(sòng)流量信号,可测电导率下限达10-8S/cm的液(yè)体。
4.应能消除电源电压和(hé)频率波动的影响
对于(yú)交(jiāo)流励磁的电磁流量计,从式7-4可以看出,即使管径D和平均流速u保持不变,当电源电压或频率波动时,也会使电势信号e波动。所以,在检测流量信号时,如果只检测电势(shì)信号e,就(jiù)会使(shǐ)仪表的(de)工作受电压和频率波动的影(yǐng)响。为了消除电压和频率波动(dòng)的影响,可采用测量比值e/Bmsinwt,而不是仅(jǐn)测量e的方法。这样(yàng),从流量的基本测量关系式7-5可知,当管道直径D固定时,所测得的信号e/Bmsinwt恰能反映(yìng)流量qv,消除了电源(yuán)电压和频(pín)率的影响。较早期的(de)工频励磁电(diàn)磁(cí)流量转换器采用霍尔乘(chéng)法器实现e/B的除法运算,由于(yú)霍尔乘法器体积大,工艺复杂,稳定(dìng)性(xìng)又较差,可用(yòng)乘法电(diàn)路代替霍尔乘法(fǎ)器。

对于(yú)方波(bō)励磁的电(diàn)磁流(liú)量(liàng)计,由于B已基本(běn)不受电源的影响,所以不需要测量e/B,可直接避开微分干扰采样(yàng)流量(liàng)信号。
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