电磁流量计空管检测方法研究

　　1　引　　言

　　随着电磁流量计技术及其产品的日益完善,电磁流量计被广泛地用于满管流量测量,同时也较多的被应用于一些时有非满管状态的流量控制上。因此希望电磁流量计能具有良好的空管检测能力以降低管道配置的复杂性,空管检测技术也因此成为当前电磁流量计技术的研究内容之一。

　　电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理工作的,其测量方程[1]是建立在流体满管于测量管道的条件之下的,显然用常规的电磁流量计技术解决检测空管问题比较困难。在实际流量控制中主要是解决传感器处于空管状态下的流量值闭锁问题[2],具体的是指当传感器电极部分或全部处于从流体中裸露出来时系统应及时检测到这一状态并使流量值为零。本文就是研究这样的空管检测问题。

　　沈永安等[3]研究了基于空间电场干扰下信号分析空管检测方法,并提出了空间电场干扰使信号饱和状态时的空管检测技术。蔡武昌等[4]研究了国内外一些产品采用的基于附加激励的相对电导率检测方法。

　　有产品说明[2]指出由于附加了激励,该方法对流体电导率有大于20μs/cm的条件。文中通过试验和空管状态的等效模型分析发现,空管状态下干扰幅值具有一些不确定性,附加激励的相对电导率检测方法的检测分辨力对信号电缆长度敏感。文中基于流量信号中干扰的幅值变化,结合电磁流量计特有的信号处理方法[5]探讨了空管状态下的信号特点,研究了在不影响流量测量性能前提下的空管检测方法,同时给出了相关的实现技术。

　　2　空管试验及其信号分析

　　2.1　空管状态的信号等效模型研究

　　由电磁流量计(两电极)传感器与信号放大器组成如图1所示信号测量关系。其中S1、S2分别为两个电极,其等效原理如图2所示。电路为对称结构,图中e1和Z1分别是传感器的流量信号和对应的流体阻抗,Z0为放大器的输入阻抗。

　　在通常情况下,传感器系统和信号放大部分不能做到完全屏蔽,这样电磁流量计电极的输出信号中除了流量信号外还将叠加由空间电磁场造成的干扰。图3是考虑干扰时的等效原理图,其中e1、Z1和Z0的含义与图2所示相同,e2为空间电场在电极上产生感应电势的干扰,Z2为干扰e2的等效内阻阻抗。

　　在传感器满管情况下,应有Z0 Z1,Z0 Z2。对应流量信号e1和干扰e2在放大器形成输入信号Vin:

　　对于工频电网产生的空间干扰电磁场来说,干扰源可等效为近场的感应电场干扰,可视为一个高阻抗干扰[6]。因而在满管情况下有Z2 Z1。即