歡迎光臨北京AG贵宾厅實業! 關於AG贵宾厅 | 聯係AG贵宾厅 | 在線留言
全國統一服務熱線
010- 56251619
當前位置:主頁 > 資訊中心 > 公司動態 >

電磁流量計的智能化

文章出處:AG贵宾厅實業 人氣:發表時間:2017-12-19 11:10

    電磁流量計作為一種檢測儀表,其智能化問題一般有傳感器智能化和轉換器智能化兩個內容。傳感器的智能化技術還處於一個探索階段。而轉換器的智能化技術已有了一定的發展。
    筆者在研究各種電磁流量計的智能化技術中主要研究了電磁流量計轉換器的智能化,並從轉換器的內在智能化和使用界麵智能化兩方麵來進行研究與開發,逐步開發了各種智能化電磁流量計技術和相應產品。
一、電磁流量計的內在智能化
    電磁流量計的內在智能化主要是指為提高和改善電磁流量計內在的特能—— 即作為檢測儀表的檢測性能(精確虞、量程範圍、動態響應速度等)和運行性能(自診斷、可靠性等)而采用的一些智能化方法與技術。
1.提高檢測性能的一些智能化方法
    在各種流量儀表中,電磁流量計的性能是較好的一種。其精確度一般都在1級左右,對應量程通常在0.3~ 10rn/s,並具有快的動態響應。但如果從電磁流量計的基本原理來看應該具有更好的檢測功能。如何充分發揮電磁流量計原理上感應電勢與流速的直接寬範圍內的線性關係,投有時延的快速響應等優點,這一直是電磁流量計技術領域中的主要研究內容。
    采用微處理器以及智能化技術是幫助研究解決上述問題的有效手段之一 用微處理器來拓寬檢測量程、補償檢測誤差以及零點校正等已是當今儀器儀表設計中最重要的方法之一。
    目前.高性能的電磁流量計通過微處理器以及一些智能化技術已使其性能達到0.5級的精確度,量程範圍達到0.1~10m/s,動態響應速度達到0.1s的指標。一些更先進的高性能電磁流量計甚至可達到更高的技術指標
    上述高性能電磁流量計要求的性能指標說明,用通常的A/D轉換器處理信號難以達到在如此寬的量程下具有高精確度要求。同時,由於要求了一定的響應速度,積分式A/D轉換也較難勝任。
    對此,一般用A/D轉換器配以 程自動轉換以及w F定模A/D轉換兩種方法來達到高性能電磁流量計的要求。
    (1)A/D轉換器配以量程自動轉換的方法
    用快速高位A/D轉換器和相應的量程自動轉換方法是一種虛用較多的寬量程、高精度測量技術(如電工、電子儀表和一些過程檢測儀表)。
    圖1是這種技術方案在電磁流量計中實現的原理圖。
圖1
    圖1中,處理軟件是尋找最佳量程檔(放大信號的倍率)。選擇最佳量程檔是按照一個選擇準則(可以認為如同智能技術中的知識庫)來進行的。這個準則一般按A/D轉換器的有效精度長度(要求的每次轉換精度位數J和量程切換變化倍率來建立。對於三量程的自動量程切換,每量程寬度與切換準則點有如卜關係示意圖(見圖2)。
圖2
圖2
    最程自動轉換處理軟件在處理量程切換時按圖2的關係來進行。同時.若對每量程的放大倍率誤差作相應的補償可以進一步提高精度。再利用零點校正技術就可以對一部分環節的零點進行實時校驗和補償。
    (2)V/F定模A/D轉換方法采用V/F定模A/D轉換技術可以說比較適合以累積量為標定精度的流量儀表。特別對於寬量程、高精確度、快速響應的電磁流量計可以說是一種較理想的A/D轉換方法。
    這裏所謂V/F定模A/D 轉換就是對V/F的頻率輸出用一個模為lⅣ 的計數器計數。當計數器溢出一次就表示一個累積單位,兩次溢出的間隔時間丁就可用來計算出一個累積單位中的平均流體流速V= A/T。
    由於現在的V/F轉換器已可達到較高轉換比(kHz/V)下的高精確度和寬範圍內的線性化。因此,在電磁流量計l中應用V/F定模A/D轉換技術基本可以達到高精度、寬量程和快速的動態響應,並且其成本也較低。
    圖3是用V/F定模A/D 轉換方法的電磁流量計原理框圖。若電磁流量計轉換中對應流體流速0~10m/s有轉換電壓0~10V。選用轉換率為50kHz/V 的V/F轉換器,則對應於流體流速為0.10m/s就有V/F的頻率輸出0-500kHz。
    圖3中的U 是用了一個模為500的計數器,其計數溢出的時問間隔丁由圖中的u 微處理器來計時。其計數器Ue每溢出一次對應流體流過的距離是0.01 m。微處理器以每一次溢出作為一個累積流量單位(0.01m×管子截麵積)進行累積流量計算。瞬時流量的計算就是0.01/T的單位流速(m/s)。
圖3
圖3
    如果要求的量程範圍為0.01~10m/s,則對應的丁為0.1~0.01s。顯然,一般用2MHz的時鍾來對時間間隔丁的計時就有足夠的精確度。因此,此方法不僅對累積量的計值有非常高的精確度,而且對瞬時流量的轉換也有高於0.1%的精確度。
    但是,從上計數器溢出間隔時問丁可以發現.這種方法每一次A/D 轉換的時間是不相等的。因為其是對流體流過的距離作等距離間隔的響應。而每次響應的時間是流體流速的函數(倒數關係)。如果再用微處理器對瞬時流量的計算值作進一步處理即可以0.1s的時問間隔響應一瞬時流量值。圖4是其處理軟件方框圖。圖4中L= 0.01m。
圖4
圖4
    圖4利用定時問疊加平均的方法克服了V/F定模A/D轉換中轉換時定變化的問題。其最快響應時間0.1s滿足了高性能電磁流量計對流體變化的響應要求。
    從以上分析可期.V/F定模A/D轉換方法特別適台對電磁流量計的信號處理要求。若再按圖3對信號轉換環節作兩點式(焉點和 點)的校驗和補償.則可更好地提高信號處理精度。
2. 提高運行性能的一些智能化方法
    運行性能是指電磁流量計運行的正確性和可靠性,而智能化方法主要是自診斷方法。從電磁流量計的實際運行來看,要求的自診斷功能一般是勵磁故障自診斷、正反向流檢測及對空管或不滿管流的自診斷。
(1)勵磁的自診斷
    目前.勵磁一般是用正負恒流方波的形式來進行的。顯然,一旦勵磁有故障(不勵磁或勵磁出錯等),對流量的檢測必定是完全錯誤的,並且這種錯誤從流量檢測信號中是較難發現的。因此,對勵磁故障的診斷隻能在勵磁電路中進行。通常,勵磁環節中的恒流控製是比較穩定和可靠的,而容易出現的故障是在勵磁線路與傳感器的連接(連線沒接好和連接錯誤)和勵磁驅動部分(比前者故障要少)。對此.AG贵宾厅在智能化電磁流量計中專門設計了自診斷電路和相應的軟硬件。圖5是勵磁自診斷方法的原理示意圖。
圖5
圖5
    圖中通過勵磁電流(Ro上的電壓)邏輯與勵磁控翩邏輯的比較來判斷勵磁輸出回路中的工作情況正常與否,從而達到對用戶勵磁連線故障、內部勵磁驅動故障的自診斷功能。
(2)正反向流檢測
    對流體流向的正反向檢測是當今高性能電磁流量計的一個主要功能.也是充分發揮電磁流量計可檢測正反向流向的特點。
    從電磁流量計對流體的測量公式可知.其感應電勢:
    E= KBDV (1)
    式中K—— 表常數
    B— — 廝I磁的磁場強度
    D—— 管道直徑
    V— — 流體截麵的平均流速
    當V的流向變化時E也相應作正負變化。對此,電磁流量計就可檢測流體的流速和流動方向(正和反)。
    一般可用一個絕對值運算和極性判別電路求得判別流體流向和流速的大小。圖6是其原理圖。
圖6
圖6

    從圖6可知.這種絕對值運算電路在小信號時存在著非線性問題和大信號時的對稱性問題(兩者都是由於D 與D2的~致性和死區造成)。這樣.給高性能電磁流量計要求的寬量程、高精度帶來了困難。
    AG贵宾厅在高性能電磁流量計的正反流檢測方式中,利用正反恒流勵磁的特點組成了一個正反向流檢測新方法。即利用切換對應正反恒流方渡的整流采樣波形來實現信號的絕對值運算。圖7是其原理圖和波形圖。
    圖中說明了當V2 (即流速信號或H)為負時,隻要切換整流單元中的采樣控製信號A與B就可以進行絕對值運算以保證V/F對信號的轉換 同時,微處理器可方便地確定流體流向和計算出對應的流速。顯然,其在原理上保證了正反流檢測的一致性和線性。AG贵宾厅在高性能電磁流量計中用此方法保證了在量程0.01~10m/s內正反向流速的高精確度[0.5%)測量然而,這裏要指出的是,用此方法實現正反向流的檢測必需要求信號放大處理電路保證有良好的穩定性和重複性。不然就會造成在小流量時采樣控製信號的切換振蕩。
圖7
圖7

(3)空管與不滿管的自診斷
    在應用電磁流量計的測量方程(1)的前提中應該有兩個條件:① 被測流體各向同性且導電;② 流體在管道中的流速分布是軸對稱的。這就是要求電磁流量計的測量管道不能空管(不導電)和不滿管(不是軸對稱的)。
    因此,電磁流量計在使用中首先要保證流體滿管。這點在所有的庖磁流量計使用說明書中都有明確的要求。那麽如何保證測量管的滿管和對其進行自診斷就成了一個大家關心的問題一般說來.所有的電磁流量計在安裝上已基本保證其滿管的要求(這種要求在工藝管道上也是比較容易滿足的)。對此.盡管對不滿管的自診斷已有許多研究報導,並且在技術也較容易實現,但大多數電磁流量計(包括各類高性能、智能化的新產品)都不考慮對不滿管的自診斷。
    由於電磁流量計所測的流體必需有導電性。因此,對不滿管流診斷的最常用方法就是用三電極傳感器。其除有兩個通常用作檢測感應電動勢的電極外還安裝了一個專門判斷是否滿管的電極。圖8是這種三電極傳感器原理凰。
    圖中,b 電極對管道大地的電阻一般在幾十千歐(由流體的導電性決定)。這樣,通過圖中電阻R對流體對地電阻r的分壓就可以判斷出流體管道的滿管情況。
    這種對不滿管自診斷的方法AG贵宾厅曾做過一些試驗。一般流體的導電性和管道直徑的大小會使流體等效電阻r的值有幾十千歐的變化。這樣對檢測分壓會帶來一定的困難。當流體一定、管道直徑一定時r的變化不大。這時能較可靠地對不滿管進行診斷。
圖8
圖8

二、電磁流量計的使用界麵智能化
    所謂使用界麵就是從用戶使用的角度來考慮其功能。一般電磁流量計在使用中,用戶需要設置滿量程、顯示單位、上下限報警值等參數。在需要連接係統時還要求能有各種規格的信號輸出以及與計算機的通信接口。
1.使用中的參數設置智能化
    電磁流量計的參數設置和顯示功能隨著采用了微處理器技術以後功能愈來愈豐富。AG贵宾厅在高性能電磁流量計中采用了點陣式液晶顯示器使用戶與儀器的操作界麵十分友好(具有人一機對話式的操作)。同時.在參數設置功能上充分發揮了微處理器和點陣式顯示器的優越性.使用戶能使用l6種瞬時流量單位、四種累積流量單位、四種累積方式廈十幾種參數設置和查詢功能。並且對有些參數自 設置錯誤具有自動診斷和指示功能。
    在用戶使用和操作時AG贵宾厅設計了三個狀態:設置狀態、運行狀態和故障指示狀態,並且每一個狀態在顯示器上都有標誌。
    設置狀態是供用戶進行運行組態(單元、方式)和相應的參數設置和查詢。其主要功能有:
    (1)累積方式選擇: 正向累積 +、反向累積三一 代數和累積 及定值累積且。其中定值累積是供用戶作定值(即按設置的定值累積參數)計量。當定值累積值到時.電磁流量計轉換器有電平信號輸出供關閻或開閥控製。並且,在任何一個累積方式下工作,都進行 .、三一和 的累積計值。這可使用戶查詢各種計量情況。
    (2)單位選擇:共有m 、L、t、kg四種累積單位和m。/h、m。/min、m /s、L/h、L/rain、L/s、t/h,t/min t/S.kg/h,kg/min kg/s m/h,m/rain、m/s與% 流量l6種瞬時流量單位的選擇。
    (3)傳感器和流體參數設置:有傳感器靈敏度(mV/m/s/100mA)參數和傳感器直徑(1mm~ 10m)參數的設置,並可設置流體密度P的數值以供質量流量的計量。
    (4)極限參數設置:滿量程參數(1~10m/s)、上限和下限報警點(0.1~10m/s)以及小流切除(1% ~99%)的設置,並且對上下限報警點具有顯示和電平輸出。在上下限報警值設置錯誤時(下限大於或等於上限)還具有自動診斷和指示顯示。
    (5)定值累積方式的定值設置、累積值的查詢( 一臘各種參數)運行狀態是在電磁流量計進行檢繈I流體流量時的工作狀態。其顯示八位累積值、三位瞬時值(都按設置的方式和單元進行工作和顯示),並能隨時顯示運行中的故障(如勵磁故障等)。故障指示狀態是在發現各種故障時顯示的一個狀態, 以供用戶了解運行故障的種類。
    2.操作使用中的輸出信號形式和通信功能
    由於我國的儀表配置種類鞍多,各種用戶的使用環境(連接的係統)也不同,因此要求電磁流量計能輸出各種要求的信號,在需要連接計算機係統時往往還需要具有通信接口。目前大多數高性能的電磁流量計都設計了能配合各種要求信號輸出形式,常用的有:0~5V、l~5V、O~10mA、
4~20mA、0~lOkHz頻率輸出以及串行通信接口(如RS一232等)。
    同時 由於功能增多,高性能的電磁流量計又有許多電平信號輸出,如正反流信號電平、上限與下限的報警電平、故障報警電平、定值控製電平等。隨著智能化技術在電磁流量計中的應用和發展日益深入,電磁流量計輸出信號的種類和形式會多樣化。這對用戶使用上的靈活性和實用性帶來愈來愈多的方便。
三、結束語
    電磁流量計的智能化如同其他工業自動化儀表一樣.將在微處理器技術的不斷發展中漸漸成熟和完善。同時,各種儀表和係統中的智能化技術的進展也嚐很快地滲透到電磁流量計的智能化技術中來。相信在最近十年中,工業檢測儀表的智能化技術將有大幅度的發展和普及, 我國的電磁流量計技術也會達到國際先進水平。

此文關鍵字:電磁,流量計,的,智能化,電磁,流量計,作為,