双激励电磁流量计的研究

　　1 引言

　　基于法拉第电磁感应定律的电磁流量计是一种测量精度高、应用范围广的流量仪表。因其特有的高精度、高稳定性、快响应、小型化等性能特点，已成为流量测量技术中使用最广泛、产品附加值最高的流量仪表之一，是冶金、电力、石化、食品、医药和环保等工业过程中最重要的自动化仪表之一，在国民经济中占有重要的地位。

　　在对电磁流量计技术的不断研究中认识到，电磁流量计传感器具有电极与导电流体间的特有关系，可以引入一个电压激励下的新的阻抗分压测量关系，使电磁流量计传感器在磁场与电压两种激励下已交替方式工作，组成两个参数的测量关系，形成一种新型的双激励电磁流量计。双激励电磁流量计在原理与技术上具有解决低电导率流体流量和非满管流量的测量困难。双激励电磁流量计技术将成为电磁流量计技术的新的发展空间。

　　2 双激励技术的研究

　　目前电磁流量计传感器是让导电性流体在磁场激励下流动，它的两个测量电极间的感应电势E与被测流体的平均流速V有如下关系：

　　式中：

　　K为传感器系数;

　　D为测量管道的等效直径;

　　B为励磁线圈产生的磁场激励强度。

　　如果按图1电磁流量计仪表的基本工作原理关系，U是信号放大器的输出，A是信号放大器的放大倍，2Z0是信号放大器输入阻抗。考虑电极两端流体阻抗是Z1，忽略其它干扰时，有仪表测量值U。

　　对应的流速测量方程：

　　2Z0远大于流体的内阻Z1，KS不变时，有理想流速测量方程：

　　中KS是电磁流量计仪表的系数常数。

　　显然，在式(2)中，方程右边每一项的变化都会引起仪表测量值U的改变。因此，目前的电磁流量计信号检测与处理方法都基于两个技术前提：

　　(1)假设信号放大器输入阻抗 2Z0远大于流体的内阻 Z1;

　　(2)KS不变，即认为传感器系数 K、磁场强度 B、管道直径 D 和信号放大器增益 A 不变。

　　过基本的理论分析和实验验证表明，双激励方式下的两个测量关系可以得出与流体和信号放大器阻抗无关的流速测量方程，并可得出流体阻抗(电导率)测量方程。这两个测量方程使双激励电磁流量计在原理与技术上具有解决低电导率流体流量和非满管流量的测量困难。

　　在技术上，电压激励可以以串联和并联两种方式与传感器电极及其流体组成测量回路。图2是串联方式的双激励电磁流量计结构原理框图。

　　2 中 B 是可控的磁场激励，e2是可控的电压激。采用两个电压激励 e2可以在一个电压激励周期中产生正负两个电压激励，以消除电极极化问题。