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电容式电磁流量计信号检出方式比较

 
 


1简介

电容式电磁流量计是近年来电磁流量计的研究热点。由于大面积电极和电极与待测流体之间的绝缘衬里隔离,从根本上解决了电极表面粘附,腐蚀和摩擦的问题。使用电磁流量计难以测量的流体类型,如低电导率流体,泥浆混合流体和附着流体,可以进行充分测试,大大扩展了电磁流量计的应用范围,在造纸,糖,化学,冶炼等行业具有良好的应用前景。

电容式电磁流量计使用静电电容来检测感应电动势。大面积电极板和被测流体通过绝缘衬里形成检测电容器。电容值通常为几十pF。因此,信号必须平滑通过,并且需要激励频率。它相对较高,通常为几百Hz,随着流体电导率的降低,信号的内阻变大,干扰效应增强,零点难以稳定,难以准确检测到流量信号。

为了提高测试精度,除了改进传感器和激励电路外,研究信号的检测模式和提高信号检测能力也是非常重要的。目前,有两种主要类型的信号检测方法。:首先,直接检测信号电压。通过增加前置放大器的输入电阻,信号电压的衰减被最小化以确保足够的精度。第二种是使用“虚拟地”技术通过检测信号电流来获得流量信号。

2电压检测方法

目前,国内市场上的电容式电磁流量计主要包括科隆,日本,横河电机,杭州大河科技等多家公司的产品。它们都使用电压检测作为信号检测方法。为了确保足够的检测精度,除了良好的屏蔽外,主要是为了改善前置放大器的输入电阻。为了实现足够高的输入阻抗,通常需要使用自举高阻抗输入电路[1~3],即基本电路。如图1中的:所示

基本原理是:通过电容C的正反馈(自举)提高电阻器R2上的电位,使得电阻器R1的两端几乎是等电位的,因此输入环路的电流几乎为零,因此实现高输入阻抗。输入阻抗可以用等式(1)近似。:通过合理地选择参数,输入电阻Ri可以达到1012Ω或更高,并且可以利用大的内阻获得足够的信号测量精度。当然,这只是一个基本电路。在实际应用中,运算放大器输入电容的影响不容忽视,需要对电路进行一些调整[3]。

3电流检测方法

目前的检测方法由McHale [4]提出。激励磁场B是三角波信号。通过测量与感应电位的变化率成比例的电流信号,前置放大器电路等效于电流/“虚拟接地”方式。电压转换器可以合理地选择反馈电阻的电阻以获得高转换率,并且在线电容检测确保了检测的准确性。基本电路如图2所示.:

基本原理是:电容式电磁流量计通过由大面积电极和测量流体形成的电容耦合与电磁感应相关的感应流动势。根据电容器的特性,存储在检测电极上的电量为:。

由于激励磁场B是三角波,因此dB/dt和iF都是方波信号。因此,只要能够精确地获得C,就可以通过检测iF来实现流体流量的检测。由于C的值随着流体的温度和压力而变化,因此通过在流体和系统地之间增加三角波电场来激励McHale,该三角波电场是磁场激励信号的频率的两倍。由于iC=CdVC/dt,与电极电容值成比例的电流信号iC叠加在电极上。因此,在电极上检测到的电流信号实际上包括流量信号iF和电容信号iC,并且两个板上的iF信号在幅度和方向上相等。相反,iC信号可以由加法器检测,并且iC信号的大小和方向相同。在信号放大电路中,iF被差分放大,并且信号中的iC分量被认为是总的。模式信号的去除不影响流量信号的检测,因此检测流体流量通过等式(4)实现。

4比较和讨论

总之,我们可以很容易地看出这两种信号检测方法各有特点,但它们还没有完全解决信号检测问题。电压检测方法可以充分利用成熟电极式电磁流量计的检测技术,激励电路简单,但高输入阻抗使电容器的漏电流有明显的影响,检测信号的误差增加。同时,干扰的影响更显着,并且信噪比SNR非常低,特别是当要测量的流体的电导率进一步降低时。利用该信号检测方法,电导率的下限为约0.01μS/m。

电流检测采用“虚地”模式,检测电路相当于电流/电压转换器,从根本上消除了电容器漏电流的影响,降低了对传感器和前置放大器的要求,并确定了测量流体的电导率。几乎没有任何限制[4,5]。然而,该方法使激励电路更复杂,并且仍局限于实验室研究。没有这种商用电磁流量计。

摘录自:中国计量与测量网络

[关键词]电容式电磁流量计,电磁流量计,AOC官方网站,北京世纪奥克

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