基于恒磁励磁传感技术的水流量测量干扰的分析

　　0　引言

　　恒磁励磁流量传感技术由于它结构简单可靠、励磁不用电源、磁感应强度高、对管道振动不敏感等特点,因此可广泛应用于涡街流量计、射流流量计等以频率量为被测量的流量测量仪器,也可用于以电压量为被测量的电磁流量计等产品。其基本工作原理是:当导电液体介质(如饮用水)流过非导磁体测量管或计量腔切割由恒定磁场产生的磁力线时,根据电磁感应定律导电液体介质就会产生感应电动势,通过放置在与磁力线和测量管相互垂直的一对电极可将感应电动势引出;由于感应电动势E与恒定磁场B的强度、介质的平均流速v成正比,因此可从感应电动势的强弱来测定被测介质的流速,见下式:

　　式中:E为感应电动势; k为调整系数;B为磁感应强度;D为测量管内径;v为测量管内导电液体介质平均流速。而流量传感器输出的体积流量则为:

　　其工作原理见图1。基于恒磁励磁的涡街流量检测方法是根据被测流体在测量管内受到阻流体作用后,形成周期性旋涡切割磁力线而产生有一定频率的感应电动势这一原理工作的。由于被测流速与旋涡频率成比例,因此可以通过一组电极检测出有一定幅值E的频率量f作为被测量;射流流量电磁检测法与涡街流量检测法在原理上是基本相同的,即被测流体在射流(计量)腔中由于附壁效应产生反馈振荡而切割磁力线,在其电极上输出一定幅值的频率量。两种传感方式都可以做成单端信号输出形式或差动信号输出形式。

　　由于恒磁励磁传感器无需电源励磁,因此非常适合用于电池供电的微功耗流量计和电子水表。而阻碍恒磁励磁传感技术推广应用的极化干扰电势以及其他不利影响,目前已可采用某些新的设计方法和技术对其作出处理,削弱其影响,达到实际应用之目的。

　　本文对该传感技术应用于导电液体介质的流量(或总量)测量时由于传感原理而造成的各种干扰和误差作出简要分析和探讨。

　　1　由传感原理产生的噪声及干扰

　　1.1　极化电势引入的干扰

　　水是一种由有极分子组成的导电液体电介质,在电场力的作用下(假设由恒磁励磁传感器的两电极产生),介质分子中的正负电荷中心发生相对位移,在其边界与外电场垂直的两表面上就会出现极化电荷,形成极化电势。极化电势的大小与外电场的大小成比例,但极化电势反过来又会影响外电场。由于极化电势是流量和温度等变量的函数,因此在电极上就会形成变化规律很复杂的极化干扰电势,也较难从被测流量信号中分离出去;同时,直流电动势的存在会导致介质中的正负离子向不同极性的电极移动,使电极间的内阻增大,也会影响传感器的正常工作。