電磁流量計(jì)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體流量的儀表，可以解決其它流量計(jì)不易解決的問(wèn)題，如臟污流、腐蝕流的測(cè)量 [1] 。由于小口徑電磁流量計(jì)傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常小 [2~4] ，對(duì)工作環(huán)境要求比較高，比如溫度變化等。
勵(lì)磁方式?jīng)Q定著電磁流量計(jì)的抗干擾能力大小和零點(diǎn)的穩(wěn)定性能 [5] 。電磁流量計(jì)的發(fā)展歷史與勵(lì)磁方式的演變過(guò)程關(guān)系密切。不同的勵(lì)磁方式代表著不同時(shí)代的特征和技術(shù)進(jìn)步。近幾十年來(lái)，電磁流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)——勵(lì)磁技術(shù)也經(jīng)歷了直流勵(lì)磁(含永磁勵(lì)磁)、工頻正弦波勵(lì)磁、低頻矩糟波勵(lì)磁、低頻三值矩形波勵(lì)磁、高頻矩形波勵(lì)磁和可編程脈寬矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁六個(gè)階
特別是電磁干擾信號(hào)與有用的信號(hào)混在一起， 它們不僅成分復(fù)雜，而且有時(shí)候干擾信號(hào)還會(huì)比流量信號(hào)大在這種情況下怎樣抑制和排除這些干擾， 提高信噪比就成了研制和使用電磁流量計(jì)的一個(gè)重要的技術(shù)關(guān)鍵之一 [6] 。
而勵(lì)磁方式的選擇直接影響傳感器內(nèi)部勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)情況，進(jìn)一步影響傳感器輸出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)和儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度。在總結(jié)現(xiàn)有勵(lì)磁方法及前人的工作的基礎(chǔ)上，本文采用雙頻 3 值勵(lì)磁方法提高信噪比以及零點(diǎn)穩(wěn)定性和測(cè)量準(zhǔn)確度。
1 雙頻 3 值勵(lì)磁方法的設(shè)計(jì)
國(guó)內(nèi)有的產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)大約一年的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行以后,儀表的測(cè)量誤差會(huì)大大超過(guò)規(guī)定值,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和專家共同分析得出,其原因是對(duì)勵(lì)磁電路的勵(lì)磁方式和勵(lì)磁功耗沒(méi)有很好地綜合考慮,引起溫度不穩(wěn)定造成的。國(guó)際上一般采用矩形波勵(lì)磁，如圖1所示勵(lì)磁波形。
在恒流源上會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，增加功耗。在一些防爆、電池供電的電磁流量計(jì)中這種
方式就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò)改進(jìn)波形來(lái)降低勵(lì)磁功耗。
為了能較準(zhǔn)確地測(cè)量液固兩相導(dǎo)電性流體和低導(dǎo)電率流體的流量，進(jìn)一步降低勵(lì)磁功耗，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)傳感器小型輕量一體化，又必須采用較高頻率的矩形波勵(lì)磁，犧牲電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性。為降低勵(lì)磁功率，本文用圖 2 所示的波形勵(lì)磁。
式中: R 為勵(lì)磁線圈等效電阻.
對(duì)比式(1)與式(2)， 可知a bP P > ， 即間歇式波形中功耗較小。 因此適當(dāng)選擇1t ，2t ，3t ，T 大小， 可有效地降低勵(lì)磁功耗， 從而使得勵(lì)磁電流在電路中引起的溫度不穩(wěn)定因素得以解決。在一個(gè)周期內(nèi)非勵(lì)磁時(shí)間與勵(lì)磁時(shí)間相等，正向勵(lì)磁，負(fù)向勵(lì)磁與兩個(gè)非勵(lì)磁部分等于一個(gè)周期的四分之一，兩個(gè)非勵(lì)磁部分間隔在正勵(lì)磁與負(fù)勵(lì)磁之間，即
這樣功率就減少了一半，使得勵(lì)磁線圈在長(zhǎng)期工作時(shí)溫度穩(wěn)定性提高。如圖 2 中1t 和3 2t t − 為非勵(lì)磁部分，即勵(lì)磁電流為零。這部分很好的解決了由于溫漂引起的零點(diǎn)穩(wěn)定性問(wèn)題。
為了解決零點(diǎn)穩(wěn)定性和抗干擾能力這一突出矛盾， *佳方案是采用雙頻 3 值矩形波勵(lì)磁的方法，使電磁流量計(jì)具有 3 值勵(lì)磁的零點(diǎn)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，也進(jìn)一步降低勵(lì)磁功耗。具有高頻矩形波勵(lì)磁降低泥漿干擾和流動(dòng)噪聲的數(shù)量級(jí)， 獲得儀表的快速響應(yīng)速度， 同時(shí)提高電磁流量傳感器輸出信號(hào)的信噪比， 成為電磁流量計(jì)劃時(shí)代的勵(lì)磁技術(shù)。 如果用雙向勵(lì)磁方法可以得到對(duì)兩個(gè)方向水流速度的監(jiān)測(cè)， 即兩組反應(yīng)水流速度的電動(dòng)勢(shì)， 經(jīng)過(guò)合理的信號(hào)處理就會(huì)使得以上的優(yōu)點(diǎn)更加突出。
2 流量計(jì)勵(lì)磁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
雙勵(lì)磁是十字交叉式勵(lì)磁，理想情況下，勵(lì)磁電流 I 1 產(chǎn)生的磁場(chǎng)只影響電極 A 1 和 A 2的電動(dòng)勢(shì)，而勵(lì)磁電流 I 2 產(chǎn)生的磁場(chǎng)只影響 C 1 和 C 2 的電動(dòng)勢(shì)。為了減小兩組線圈對(duì)其它電極的影響，雙向勵(lì)磁的兩組磁力線要成 90 度角，如圖 3 所示。
在雙頻 3 值勵(lì)磁方式中， 當(dāng)利用正、 負(fù)方波組交替中的不勵(lì)磁段的零值來(lái)作為信號(hào)的零點(diǎn)參考，從而對(duì)正或負(fù)勵(lì)磁下的信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償即動(dòng)態(tài)消除信號(hào)的零點(diǎn)漂動(dòng)值。這在三值正、負(fù)方波組勵(lì)磁中就是用三值中的零值勵(lì)磁輸出值來(lái)動(dòng)態(tài)互補(bǔ)其他兩值下的信號(hào)零點(diǎn)。
顯然， 由于零值勵(lì)磁下的信號(hào)值并不是真正的正或負(fù)值勵(lì)磁下的信號(hào)零點(diǎn)漂動(dòng)值， 而只能假設(shè)與信號(hào)零點(diǎn)漂動(dòng)值有很大的相關(guān)性。 從而利用這種假設(shè)的信號(hào)零點(diǎn)漂動(dòng)值來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)相關(guān)互補(bǔ)真正的信號(hào)零點(diǎn)漂動(dòng)值。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
零點(diǎn)動(dòng)態(tài)相關(guān)互補(bǔ)方法是我們?cè)谘兄莆⑿×髁侩姶帕髁坑?jì)、 脈沖流量電磁流量計(jì)采用的信號(hào)放大處理方法。 其優(yōu)點(diǎn)是可使勵(lì)磁頻率能在勵(lì)磁回路的慣性常數(shù)允許下達(dá)到*大值， 并
保持信號(hào)放大處理后的零點(diǎn)穩(wěn)定和對(duì)流動(dòng)噪聲不敏感， 使電磁流量計(jì)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和零點(diǎn)穩(wěn)定性能。
勵(lì)磁電流 I 1 和 I 2 相差四分之一周期，這樣兩個(gè)勵(lì)磁電流的非勵(lì)磁部分可以避免在同一時(shí)間出現(xiàn)，導(dǎo)致這段時(shí)間水流速度數(shù)據(jù)丟失。如圖 4 所示。水流穿過(guò)勵(lì)磁電流 I 1 產(chǎn)生的磁場(chǎng) B 1 在電極 A 1 和 A 2 兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) E 1 反映的是 t 1 -t 2 和 t 3 -t 4 時(shí)間的水流信息；水流穿過(guò)勵(lì)磁電流 I 2 產(chǎn)生的磁場(chǎng) B 2 在電極 C 1 和 C 2 兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì) E 2 則反映的是 t 0 -t 1 和 t 2 -t 3 時(shí)間的水流信息，這樣水流在整個(gè)周期內(nèi)的流量信息都被采集到 E 1 與 E 2 內(nèi)，保證了流量計(jì)數(shù)據(jù)的完整性。
本文勵(lì)磁方法的主要目的使電磁流量計(jì)對(duì)流量變化響應(yīng)快、 零點(diǎn)穩(wěn)定和對(duì)流動(dòng)噪聲影響不敏感。 其原理是利用非勵(lì)磁部分的零點(diǎn)穩(wěn)定特性與高頻快速響應(yīng)特點(diǎn)兩者性能互補(bǔ)來(lái)改善勵(lì)磁電磁流量計(jì)性能，圖 5 是本文勵(lì)磁方法的原理圖。
這種雙頻勵(lì)磁法在較少流量起伏的情況下， 可以提供對(duì)流動(dòng)噪聲影響不敏感， 同時(shí)有保證有穩(wěn)定的零點(diǎn)的電磁流量計(jì)。 而對(duì)流量連續(xù)波動(dòng)的情況， 這種方法也難以保證穩(wěn)定的零點(diǎn)，
4 結(jié)論
本文主要提出了電磁流量計(jì)新的勵(lì)磁方法： 雙頻 3 值勵(lì)磁方法， 通過(guò)合理設(shè)計(jì)使得外部干擾*小，儀器穩(wěn)定性*高，對(duì)傳感器輸出信號(hào)處理濾除干擾信號(hào)提高精度。但本質(zhì)上還是矩形波勵(lì)磁的方式的一種變形， 因此， 上述對(duì)信號(hào)處理方法的分析與探討具有一定的普遍性。
電磁流量計(jì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與零點(diǎn)穩(wěn)定性問(wèn)題是一對(duì)相互制約的性能要求。 無(wú)論采用何種勵(lì)
磁方法兩者之間都存在矛盾。 本文的設(shè)計(jì)保證動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的同時(shí)又提高了零點(diǎn)穩(wěn)定性。 同時(shí)，通過(guò)隔直、濾波等其他手段也可以在較高勵(lì)磁頻率下達(dá)到零點(diǎn)較穩(wěn)定的效果。對(duì)于節(jié)能、防爆以及高精確度檢測(cè)的要求，小功率與大量程范圍度的性能追求是必不可少的。因此，充分提高電磁流量計(jì)的綜合性能指標(biāo)是電磁流量計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 135
本設(shè)計(jì)的缺陷是對(duì)線圈的安裝要求較高，雙向勵(lì)磁的兩組磁力線要成 90 度角。以及對(duì)
線圈電感的匹配要求比較高，在以后的研究中希望能夠改進(jìn)
上一條：
電磁流量計(jì)等自動(dòng)化儀表在自來(lái)水廠中的應(yīng)用說(shuō)
下一條：
電磁流量計(jì)在投入運(yùn)行中容易產(chǎn)生的故障以及排
