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五连橡胶板的激发方法是什么

作者:www.linkrubber.com 发布于:2018-07-22 20:29:13 点击量:

人们开始研究橡胶板时,首先认为所用的激励磁场自然是直流磁场,后来发明了正弦波交流磁场、低频矩形波磁场、三值低频矩形磁场、双频矩形波磁场等。它们的理想磁场波形如图7-3所示。

直流励磁技术是橡胶板原有的励磁技术.它利用永磁体或直流电源向电磁流量传感器的励磁绕组供电,形成恒定的直流磁场.磁场波形如图7-3a所示。直流励磁技术具有方法简单可靠、受工频干扰影响小、流体中的自感现象可忽略等特点。然而,直流激励技术的最大问题是,直流感应电势在两个电极表面形成固定的正负极性,使被测流体介质溶解并产生正负离子,导致电极表面出现极化现象,削弱感应流动信号电势,增加电极间的等效电阻,同时导致电极极化电势漂移,严重影响信号处理部分的工作。即使电极是由铂、金等贵金属或它们的合金材料制成的,极化电位很小,往往存在微弱的极化电位,仪器的制造成本也相对较高。另外,电极间直流激励产生的不平衡电化学干扰电位叠加在直流电流信号上,无法消除.它随时间、流体介质特性和流动状态的变化而变化。第三,直流放大器的零点漂移、噪声和稳定性问题难以很好地解决,特别是在小流量测量中,信号放大器的直流稳定性必须在几微伏以内,从而限制了直流励磁技术的应用范围。目前,在原子能工业中,直流励磁技术仅用于电导率极高、无极化效应的液态金属流量测量。

工频正弦波励磁技术利用正弦波工频(50hz)电源为电磁流量传感器的励磁绕组供电.其主要特点是产生的磁场为正弦波交变磁场,如图7-3b所示。这种激发方法可以基本消除电极表面的极化现象,降低电极电化学电位和传感器内阻的影响。另外,利用工频正弦波激励技术,传感器输出的流量信号仍然是工频正弦波信号,易于放大和处理,避免了直流放大器存在的实际困难。而且励磁电源简单方便。

在工频正弦波激励模式下,交流磁场ωt中磁感应强度b=BMS在电极上产生的感应电动势为

测量的体积流速为

其中BM是交变磁感应强度的最大值;w是励磁电流的角频率,w=2πf;f是励磁功率频率。

值得注意的是,采用工频正弦波激励技术会带来一系列电磁干扰和噪声。

首先,电磁感应产生正交干扰(也称为90度干扰).一般认为正交干扰是由“变压器效应”引起的。在电磁流量传感器中,由于由电极、导线、待测介质和电磁流量转换器的输入电路构成的闭环处于交变磁场中,即使待测介质不流动,交变磁场中的闭环也会产生电势ρ1和感应电流.显然,这是一种干扰潜力。根据电磁感应原理,干扰电动势与磁场随时间变化率的负值成正比。也就是说,

这是正交干扰信号电位,具有以下特性。

1)不管流速如何,即使流体是静止的,这样的信号仍然存在;

2)相位落后流量信号90度,故又称90度干扰.

3)励磁电流频率越高,正交干扰越严重.在实际应用中,正交干扰信号可以远大于流动信号。

因此,如何克服正交干扰电位的影响是工频正弦波激励技术的主要课题。

第二种是同相干扰,是指同时出现在传感器两个电极上,频率和相位与流量信号相同的干扰信号。一般认为是由静电感应、绝缘电阻分压和传感器管上的杂散电流引起的。如图4所示.如图7-4所示,传感器的励磁线圈对电极a和b不仅具有绝缘电阻RM,而且具有分布电容cf。假设两个电极之间的内阻为RS,激励电压u除以绝缘电阻和分布电容,再加上传感器的内阻,导致两个电极上的电压同时下降。

假设激励电压为u=umsinωt,cf上产生的容抗为

钢筋混凝土和钢筋混凝土并联.如果RM为“RC”,则总阻抗r约为RC。这样,r和内阻RS/2对激励电压u进行分频,并且由分配电容器cf串联馈送的干扰电压E2将在电极上获得如下

由于同相干扰信号的频率和相位与流量信号完全一致,很难消除流量信号中的叠加,橡胶板零点不稳定。

三是工频正弦波电源存在电源电压和频率波动.从等式(7-5)可以看出,电压和频率分布影响BM和ω,从而影响测量。

在实际应用中,虽然采取了相敏整流、严格的电磁屏蔽和线路补偿、电源补偿、自动正交抑制系统等技术措施来消除与流动信号频率一致的工频干扰电压,但由于正交干扰信号的电位往往较大,自动正交抑制系统等抗干扰措施不能完全消除干扰信号,导致橡胶板零点不稳定,难以提高测量精度。这是橡胶板工频正弦波激励方式的局限性,使得橡胶板的性能难以进一步提高。

低频矩形波激励技术是将直流激励技术和交流激励技术的优点结合起来,同时又避免其缺点的一种激励技术。20世纪70年代以来,随着集成电流技术和同步采样技术的发展和应用,低频矩形波激励技术应运而生,并在橡胶板中得到广泛应用。其激励磁场波形如图1-3所示.7-3c和d,其频率通常是工频的一个偶数部分(通常为1/2-1/32)。70年代初期,单极低频矩形波激励技术是主要技术,70年代后期,双极低频矩形波激励技术是主要技术,并开始工业化应用。

从图7-3可以看出,在半个周期内,磁场是一个恒定稳定橡胶板的直流磁场,其特点是直流励磁技术受电磁干扰影响较小,不产生涡轮效应、正交干扰和同相干扰.纵观整个过程,矩形波信号是另一种交流信号,具有正弦波激励技术的优点,基本上不产生极化现象,便于信号的放大和处理,避免了直流放大器的零点漂移、噪声、稳定性等问题。因此,低频矩形波激励技术具有良好的抗干扰性能,在橡胶板中得到了广泛应用。

在低频矩形波激励中,由于激励电流的矩形波具有上升沿和下降沿,根据方程7-6,在上升沿和下降沿也必须存在正交干扰(微分干扰)。边缘越陡,微分干涉势越大,但很快就会消失,形成非常窄的尖峰.上升沿和下降沿变化越慢,差分干扰越小,但所需时间越长。

如何消除上升沿和下降沿的差分干扰是低频矩形波激励技术要解决的主要问题之一。由于一般电磁流量传感器的励磁绕组中电感与电阻的比值l/r通常较小。随着励磁电流进入稳态,差动干扰将很快自动消失。因此,为了消除差动干扰对流量信号的影响,通常在励磁电流进入稳态恒相(I.e.矩形波的平顶部分),如图7-5所示。

这样,差分干扰信号不能进入同步采样,因此不影响流量信号的输出。另外,同步采样脉冲是相对于工频的宽脉冲,选择为工频周期或工频周期的整数倍,如图7-5e所示.因此,即使流信号与工频干扰信号混合,由于采样时间是一个完整的工频周期,平均值为零,工频干扰电压不起作用。另一方面,由于激励频率低,涡流小,静电耦合分布电容影响小,静电感应引起的同相干扰也大大降低。综上所述,低频矩形波激励法具有以下优点。

1)可以避免正弦波交流磁场的正交干扰;

2)基本消除分布式电容引起的工频干扰;

3)能抑制管壁和流体中交变磁场产生的涡流;

4)可以消除直流磁场的极化现象。

采用低频矩形波激励技术,解决了长期困扰橡胶板的电磁干扰问题,大大提高了橡胶板零点稳定性和测量精度,减小了传感器体积,降低了激励功率,将转换器和传感器集成在一起,提高了橡胶板的整体性能,拓宽了橡胶板的工业应用领域。

1、三值低频矩形波激励技术

三元低频矩形波激励技术是人们在总结低频矩形波激励技术的基础上,为使仪器零点更加稳定而提出的一种激励技术.磁场波形如图7-3e所示。它最大的特点是在零点状态下动态修正零点,从而具有更好的零点稳定性。

三值低频矩形波激励方式的激励电流一般为工频频率的1/8,激励为+b、0、-b三个值,通过正、负、正三种变化规律进行采样处理,如图7-6所示。

其主要特点是可以动态校正零点在零点状态,有效地消除了流量信号的零点噪声,从而大大提高了仪器零点的稳定性.其次,与低频矩形波激励技术一样,同步采样技术可以消除上升沿和下降沿的差分干扰.采用宽脉冲采样消除流信号中混入的工频干扰信号;第三,通过一个周期内的四个采样值,可以近似地认为极化电位是恒定的,并且可以利用微处理器的数值运算功能消除极化电位的影响。

因此,采用三值低频矩形波激励技术的橡胶板零点稳定,工频电阻强,进一步提高了测量精度.传感器单位流量的流量信号电压可降至工频激励方式的1/4,从而进一步降低激励功耗,实现广泛应用于橡胶板的橡胶板的小型化、轻量化集成。

2、双频矩形波激励技术

三值低频矩形波激励法零点稳定性好,但在测量含纤维和固体颗粒的流体介质以及泥浆(如泥浆流量计)、纸浆等低电导率流体的流速时.固体颗粒擦伤电极表面,产生低频尖峰噪声和流体流动噪声,经常导致低激励频率的三值激励电流流量计输出振荡不稳定。

三值低频矩形波激励零点稳定,但不能抑制低频噪声.高频矩形波磁场可以消除低频噪声,但零点稳定性一般较差。在分析各种激励技术的基础上,人们提出了双频矩形波激励技术,其磁场波形如图7-3f所示。高频部分为75hz矩形波,外壳为1/8工频低频矩形波。利用这种激励方法,高频波采样可以消除含有纤维和固体颗粒的流体介质的低频噪声.同时保持了低频矩形波激励零点稳定的优点,取得了良好的应用效果。