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      電磁流量計

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      基于 Labview 的雙線圈電磁流量計技術研究

      來源: 安徽冶金科技職業學院作者:發表時間:2018-07-30 09:23:22

      此文作者是 安徽冶金科技職業學院,邵 林。作者的觀點與論述與本公司無關,本公司只轉載了下,雙線圈的電磁流量計的實際應用有效性還有待進一步考證,本文僅供參考。

       摘要:電磁流量計測量技術具有非接觸性、無污染和易檢測等特點,現被廣泛應用于化工生產、冶金制造和醫療等各個領域。但由于傳統的電磁流量計測量過程易受被測介質和周圍環境的影響,致使測量精度和應用范圍都受到較大的限制。為解決上述問題,文章設計了一種基于 Labview 技術的雙線圈電磁流量計測量方法,應用差值補償機制和自主學習的中值理論算法,經過仿真實驗和實際應用的數據比較,該方法能夠大大提高電磁流量計測量的抗干擾能力和適用范圍,電磁流量計測量的精度達到1%以上,基本滿足電磁流量計測量技術在各個領域的應用。

       
      電磁測量技術是應用電磁感應原理,通過激發線圈和接收線圈的相互作用檢測樣本的相關物理信息,利用時間量、電磁量等數據進行分析處理,計算出被測樣本所需的物理參數。電磁測量的樣本須具有良好的磁導性,且被測樣本周邊為非磁導性介質,這樣才能滿足電磁測量的基本條件。電磁流量計是電磁測量技術應用的典型代表,工業領域應用此技術對管道內的鐵磁物質進行速度、流量等參數的檢測;醫療領域利用此技術配以適當的輔助介質對人體的循環系統和消化系統等進行非接觸式檢查。傳統的電磁流量計測量技術采用單線圈測量方法,此方法易受到外部信號的干擾,且測量精度也受到本身激發線圈電磁力的干擾,測量精度難以提高。為了較好地解決上述測量問題,本文設計了一種基于Labview 技術的雙線圈電磁流量計測量方法,采用單激發線圈和雙接收線圈的差值補償機制,同時采用檢測系統的自主學習和中值理論算法,不斷優化系統的精度。經過實驗室模擬仿真,結合實際應用的數據比較,該檢測方法能夠大大提高電磁測量的抗干擾能力和適用范圍,使得電磁流量計測量的精度達到 1%以上,基本滿足電磁流量計測量技術在相關領域的應用。
       
      1 單線圈電磁流量計
      1. 1 單線圈流量計物理結構
      單線圈流量計物理結構圖如圖 1 所示,此結構包括激發線圈、接收線圈和檢測管道。激發線圈產生勵磁電流磁化檢測管道內的磁性物質,接收線圈檢測由于磁化物質移動產生的感應電勢。
      單線圈流量計物理結構圖
      1. 2 單線圈流量計通信協議
      單線圈流量計采用單片機進行樣本檢測和數據通信,設定流量計的通訊協議如表 1 所示。其中通訊接口為 RS485,波特率 9600,起始位1 位,數據位8 位,偶校驗1 位,停止位1位,MODBUS - RTU 標準協議。
      單線圈流量計通信協議
      1. 3 單線圈流量計工作原理
      如圖1 所示,激發線圈產生頻率固定的三角波勵磁信號磁化檢測管道中的樣本,當被磁化的樣本移動至接收線圈時將產生相應的感應電勢。[1] 設定激發時間為 t1 ,接收時間為t 2 ,激發線圈與接收線圈之間的距離為 s,樣本流速為 v,則有:
       
      1. 4 單線圈流量計檢測分析
      1. 4. 1 檢測波形
      將圖1 所示的單線圈流量計安裝在輸送鐵礦漿管道上,且確保安裝管道部分為非鐵磁性物質。單片機按上述的通信協議對鐵礦漿進行數據采集和處理,利用示波器觀察分析采樣波形,采樣波形如圖2 所示。
      單線圈鐵礦漿采樣波形
      在圖 2 所示中,勵磁電流(i lc )為三角波,噪聲(v z )為無勵磁信號時接收線圈檢測的噪聲信號,[2] 接收信號 1(vr1 )為勵磁電流對接收線圈產生的互感電勢,接收信號 2(v r2 )為接收線圈檢測到被磁化的樣本感應電勢。
       
      1. 4. 2 流速計算
      勵磁電流(i lc )為三角波,則**大勵磁電流為頂點,設定勵磁電流頂點為激發時間 t 1 ,由電磁感應原理可得20180730092628.jpg20180730092647.jpg
       
      1. 4. 3 系統誤差分析
      根據電磁感應原理,樣本被磁化時將產生與流速方向相反的電磁力,電磁力的大小為 F = BILsin θ。此電磁力將直接影響樣本的瞬時流速,給檢測系統帶來系統誤差。為了減小該系統誤差可以增加激發線圈與接收線圈之間的距離,但距離增大會使得被磁化樣本由于紊流的影響磁通量將逐漸變小。為解決上述問題,本文設計了一種基于 Labview 的雙線圈電磁流量計,基本滿足檢測工藝的要求。
       
      2 雙線圈電磁流量計
      2. 1 雙線圈電磁流量計物理結構
      雙線圈電磁流量計物理結構如圖 3 所示。此結構與圖 1相比多一個接收線圈 2,其他物理結構與圖 1 相同,且雙線圈流量計的通信協議與單線圈基本一致,在此不再贅敘。
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      2. 2 雙線圈流量計工作原理
      雙線圈流量計采用一個激發線圈和兩個接收線圈,當激發線圈發出勵磁信號后,將分別在兩個接收線圈中產生感應電勢。設定很好個接收線圈感應電勢**大值時刻為 t 1 ,第二個接收線圈感應電勢**大值時刻為 t 2 ,兩個線圈的實際距離分別為 s 1 和 s 2 ,被檢測樣本流速為 v s 。則:
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      日日干夜夜操

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