恒磁式电磁流量计极化电压控制方法的研究

一、理论提出

现有的电磁流量计都是靠通电线圈产生交变磁场，因为电化学及其他因素会在恒定磁场励磁的电磁流量计测量电极上产生严重的极化现象，由此使得随机变化的极化电压完全淹没反映流速的感应电动势，因此，极化电压一直是电磁流量计测量的主要障碍，恒磁式励磁的技术始终是电磁流量计研究的主要难点之一。目前，恒磁励磁的方法仅仅适用于液态金属的测量，研究在恒磁式电磁流量计中如何控制极化电压就显得尤为突出和重要[1,2,3]。

电磁流量计励磁技术随着电磁流量计的发展，其励磁技术主要包括低频励磁、双频励磁和直流励磁三种方式[4,5]。就恒磁式电磁流量计目前的研究而言，主要难点集中体现在以下几点：

（1）极化电压与电极材料、液体性质有关，且影响感应电动势；

（2）直流极化电压随机性大，且远远大于反应流速的感应电动势；

（3）实际测量过程中，两电极上叠加了一系列的干扰信号；

（4）尽管磁感应强度增大了很多，但与极化电压相比，反应流速的感应电动势仍然非常微弱。

以上众多问题使得从一个较大的无规律随机变化的极化电压中提取出有用的恒磁式电磁流量计极化电压控制方法的研究微弱感应电动势十分困难，也是目前电磁流量计研究的难点之一。本文从用永磁体测量流速，从极化电压的角度出发，在参考和借鉴电极结构、极化现象产生机理和双电层理论[1,2,6]的基础上，提出了一种有效的动态跟踪极化电压的方法以抑制极化电压，提取出感应电动势，定性反应流速。用本文设计的电磁流量传感器测量极化电压，在满管无流速的情况下，示波器采集的传感器两电极上的极化电压信号如图 1 所示。

从图中可以看出，该电压为极化电压，它在 200mV左右，图 1（a）和图 1（b）的测量时间相差 40min，它们的变化不稳定且有随机性。用不同的传感器测量，极化电压的幅值和变化情况也完全不相同。一般来说，反应流速的感应电动势非常微弱（一般为 0.1mV/（1m/s））[7-9]，它是微伏级的电压。而直流极化电压远远大于反应流速的感应电动势，从图 1 中可以看出，其数值能达到 200mV。电磁流量计实际测量过程中，受实验环境的影响，两个电极上叠加了一系列的干扰信号，极化电压也影响感应电动势。以上种种因素使得直接从较大的随机变化的极化电压中提取出微弱的感应电动势十分困难。

尽管恒磁式电磁流量计得到的反映流速的感应电动势较通电线圈励磁的电磁流量计大很多，但是，极化电压仍然至少比感应电动势大一个数量级以上，因此，要从大的极化电压中提取出较小的感应电动势，极化电压是有待解决的首要问题。