[發(fā)明專利]電磁流量計和流量的電磁測量方法

無效

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• 申請日: 1994-06-20
• 公開（公告）號: CN1058564C
• 公開（公告）日: 2000-11-15
• 發(fā)明（設計）人: 富田豐文
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: G01F1/56
• 分類號: G01F1/56
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王茂華

本發(fā)明涉及一種電磁流量計和用來測量傳導流體的流量的電磁流量測量方法。更具體地說，涉及一種使感應噪聲造成的測量誤差減至最小的電磁流量計，而不必進行會招致被測流體停止流動的零點調整，借以提供一種在測量精度和方法方面的改進。

一般地說，電磁流量計是這樣設計的，在與流經(jīng)一測量管路的傳導流體相垂直的方向施加一個電磁場，通過利用管內的兩個電極檢測在流體內的電磁感應產(chǎn)生的電動勢，并且將其轉換成相應的流體流量值。在現(xiàn)有的電磁流量計中，廣泛使用一種低頻激磁型的電磁流量計，它也被稱為方波激磁型的電磁流量計，它在零點穩(wěn)定性方面較之交流激磁型和直流激磁型更優(yōu)越。

在低頻激磁型的電磁流量計中，流經(jīng)激磁線圈的激磁電流周期性地在兩個固定值間轉換，即激磁電流的極性周期性地改變，當激磁電流為固定值中的每一個時，在管內部的兩電極間產(chǎn)生的電動勢被放大和采樣。借助于產(chǎn)生相鄰采樣值之間的差值，可以獲得不受兩種噪聲影響的流量值：一種是由放大器的偏移電壓或電極表面的電化學現(xiàn)象引起的直流噪聲，另一種是由激磁線圈和由電極、流體和放大器組成的回路之間的連接所引起的電磁感應噪聲。

不過，這種低頻激磁型電磁流量計的問題在于，零點漂移會產(chǎn)生流量測量誤差，除非在足夠長的時間推移之后才對電極之間的電動勢進行采樣，因為此時激磁電流已達一固定值。使激磁電流的轉換周期如此之長以達到穩(wěn)定零點將會導致槽糕的響應性能；并且，當形成控制環(huán)時會產(chǎn)生振蕩。

為了穩(wěn)定零點，在日本未審專利公開第No.2-16852中披露了一種新的電磁流量計。圖10是這種電磁流量計的方塊圖，圖11是說明其工作的時序圖。該流量計包括一用來提供激磁電流的激磁電路1，響應來自激磁電路1的激磁電流以產(chǎn)生與流體流量成正比的電動勢e_a的電磁流量(計)傳感器2，以及用來獲得相應于電動勢e_a的流量值的信號處理電路3。

在激磁電路1中，恒流源4產(chǎn)生恒定的電流，開關5a和5b分別響應圖11中在(a)、(b)處所示的脈沖P1a、P1b，來改變恒流源4送出的恒定電流的極性，使其為零、負和正，并把此改變著極性的恒定電流提供給傳感器2中的激磁線圖6。

在電磁流量傳感器2中，激磁線圈6響應來自激磁電路1的激磁電流Iw(圖11中(c)所示)，產(chǎn)生一個以垂直于測量管7的軸線方向而施加的磁場。兩個電極8a和8b置于該管道的內壁上，把在流體中由所述磁場感應的電動勢e_a(圖11中(d))施加到信號處理電路3中的AC放大器9上。

在信號處理電路3中，AC放大器9放大由電極8a、8b檢測到的電動勢e_a，并且在激磁電流為零的時間間隔內，開關10對經(jīng)放大的輸出采樣兩次，而在激磁電流是正或負的期間里，則采樣一次，與圖11中(e)所示的采樣脈沖P2的時序相應。所得到的每個采樣值被依次送到模一數(shù)(A/D)轉換器11中。

A/D轉換器11把每一采樣值轉換成數(shù)字形式，并把其供給微處理器12。

微處理器12根據(jù)這些數(shù)字采樣值進行計算，從而除去電動勢中的偏移電壓分量Vf和噪聲分量Vn，借以獲得只和流體流量成比例的信號分量Vs1和Vs2。信號分量Vs1和Vs2被送到數(shù)一模(D/A)轉換器13。微處理器12有向開關5a、5b提供脈沖P1a、P1b、向采樣開關10提供脈沖P2、以及向D/A轉換器13后面的采樣和保持電路14提供控制脈沖P3的功能。

D/A轉換器13把微處理器12的計算結果轉換成模擬信號，這些模擬信號然后依次被提供給采樣和保持電路14。采樣和保持電路14在圖11中(f)所示的脈沖P3的那些時刻采樣并保持所述模擬信號，從而產(chǎn)生輸出電壓e_o。

這樣，這種類型的電磁流量計補償當激磁電流為正或負時的噪聲分量和當激磁電流為零時的噪聲分量之間的差，從而有效地消除引起零點漂移的噪聲分量，借以穩(wěn)定零點，同時由于不利用長的轉換間隔防止了響應性能的降低。

不過，在這種電磁流量計中，一次采樣時間必須非常短，這是因為在激磁電流為零的時間間隔內完成兩次采樣，而在激磁電流是正或負的時間間隔內完成一次采樣。這樣，這種測量就易受在采樣期間內流體中的氣泡或固體物質的影響，這將會降低測量的可靠性。

在另一方面，使對電極間產(chǎn)生的電動勢e_a的采樣時間如此之長以致克服這種氣泡和固體物質的影響將需要長的激磁期間或周期，這會導致變劣的響應特性。一些懸浮液體例如象抽吸液體，具有1/F特性，其中噪聲頻率越低，噪聲電平就變得越高。這樣，當激磁周期增加時，也就是激磁頻率減少時，信噪比變劣。