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勵(lì)磁方式即產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式。它決定電磁流量計(jì)抗干擾能力的強(qiáng)弱和零點(diǎn)穩(wěn)定性的好壞。勵(lì)磁方式的難點(diǎn)是在無(wú)限大范圍內(nèi)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻的磁場(chǎng)。表2-15是各種勵(lì)磁方式的波形和特點(diǎn)。

a.直流勵(lì)磁。直流勵(lì)磁是用永磁鐵或直流電嫦弊卿整恒定磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)的勵(lì)磁方法，其感應(yīng)電流恒定。其優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有渦電流，也沒(méi)有極化現(xiàn)象。

·極化。恒定的直流電壓使流過(guò)測(cè)量管的電解質(zhì)液體極化，其后果是:

》電極上極化電壓與信號(hào)電壓疊加在一起，很難被分離.

》極化電壓隨溫度變化而變化，使信號(hào)隨溫度發(fā)生漂移，造成測(cè)量不穩(wěn)定.

》直流電壓導(dǎo)致測(cè)量管內(nèi)電解質(zhì)液體的正、負(fù)離子向負(fù)、正電極移動(dòng)，限礙導(dǎo)電離子的繼續(xù)移動(dòng)，引成中間離子密度小的空腔，造成電極間內(nèi)阻增大，影響儀表正常工作。

  因此，直流勵(lì)磁方式不能用于含電解質(zhì)的液體流量測(cè)量。

·渦電流。交變磁場(chǎng)內(nèi)金屬導(dǎo)體和導(dǎo)電液體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在金屬導(dǎo)體和流體內(nèi)圍繞導(dǎo)體中心呈現(xiàn)渦狀流動(dòng)，稱為渦電流.渦電流造成功率損耗和使流體和管道溫度升高，降低感應(yīng)信號(hào)。

》當(dāng)采用交流勵(lì)磁方式時(shí)，由于圓管內(nèi)流體流速不均勻，管軸中心流速zui快，管壁處流速zui慢，因此，在磁場(chǎng)中導(dǎo)電液體內(nèi)感應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在z軸zui大，越向管壁靠近，其電動(dòng)勢(shì)越弱。這種大小不一致的變動(dòng)電場(chǎng)周?chē)纬勺儎?dòng)的閉合二次磁力線，在流體內(nèi)造成閉合的渦電流.流體處于紊流狀態(tài)時(shí)的速度分布可近似地用拋物線描述，即其流速變動(dòng)，因此，交流勵(lì)磁產(chǎn)生渦電流。

》當(dāng)磁場(chǎng)管軸線方向不是無(wú)限長(zhǎng)時(shí)，在測(cè)量管兩端磁感應(yīng)強(qiáng)度減小，因此，電極附近的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)較大，測(cè)量管兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，由于流體內(nèi)部電場(chǎng)不均勻，造成沿測(cè)量管的方向的渦電流。

 采用直流勵(lì)磁方式?jīng)]有交變的磁場(chǎng)，因此，直流勵(lì)磁方式不會(huì)產(chǎn)生渦電流。

·液態(tài)金屬的直流勵(lì)磁.與電解質(zhì)液體的導(dǎo)電不同，液態(tài)金屬的導(dǎo)電是電子導(dǎo)電，在直流磁場(chǎng)下感應(yīng)的電子只向一個(gè)方向流動(dòng)，沒(méi)有極化現(xiàn)象，也不會(huì)造成離子密度不均勻的空腔問(wèn)題，也沒(méi)有交流勵(lì)磁方式下的渦電流，因此，直流勵(lì)磁方式常用于液態(tài)金屬流體的流量測(cè)量.例如，常沮下的汞、高溫下的鈉、秘等流體的流量測(cè)量。

b.交流正弦波勵(lì)磁。采用工頻50Hz (60Hz)正弦波勵(lì)磁產(chǎn)生交變磁場(chǎng).交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的感應(yīng)電壓信號(hào)也是交變信號(hào)，降低極化效應(yīng)。因此，這種勵(lì)磁方式具有極化電壓很低;勵(lì)磁電源簡(jiǎn)單;信號(hào)電動(dòng)勢(shì)強(qiáng)，測(cè)量精度高；勵(lì)磁頻率高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn).但它易受外界電磁干擾影響，包括正交干擾、同相干擾等，從而使零位不穩(wěn)定;系統(tǒng)線性度變差;渦電流造成渦流損耗和磁滯損耗，也使功率損耗增大。

    測(cè)量液固兩相流的漿液流體流量時(shí)，由于這種勵(lì)磁方式的交流勵(lì)磁頻率高，固體流過(guò)電極產(chǎn)生的漿液噪聲(直流極化電壓)較小，因此，仍采用交流正弦波勵(lì)磁方式。

    采用正弦波勵(lì)磁，磁感應(yīng)強(qiáng)度表示為:B=Bmsinωt，其中，Bm是幅值，ω是角頻率，ω=2πf,f=50Hz。所測(cè)的體積流量表示為：

.變壓器效應(yīng)。將電磁流量計(jì)的勵(lì)磁線圈作為變壓器初級(jí)線圈，則流體流動(dòng)時(shí)因切割磁力線，出現(xiàn)感應(yīng)電壓，可認(rèn)為電極和流體組成變壓器的次級(jí)線圈。由于電極引出線回路的平面不能*與磁力線平面并行，因此，當(dāng)流體流速為零時(shí)，仍在電極兩端感應(yīng)出電壓，這種效應(yīng)稱為變壓器效應(yīng)。由于變壓器效應(yīng)，造成流速為零時(shí)，電磁流量計(jì)輸出不為零。

.正交干擾.在交流勵(lì)磁磁場(chǎng)中，由于變壓器效應(yīng)，其感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)比流量信號(hào)的相位滯后90°，因此，稱這樣的干擾為正交干擾。正交干擾是磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的微分，因此也稱為微分干擾.正交干擾的特點(diǎn)是與流量大小無(wú)關(guān)，即流量為零時(shí)，正交干擾仍存在。正交干擾幅值與勵(lì)磁頻率成正比，可表示為:e1 =Bmwsin (wt-90°).因此，勵(lì)磁頻率越高正交干擾越嚴(yán)重。降低勵(lì)磁頻率可減小正交干擾的影響。

.渦電流引入的正交干擾。交流勵(lì)磁磁場(chǎng)在導(dǎo)電金屬管道內(nèi)感應(yīng)出電流稱為渦電流。渦電流產(chǎn)生二次磁通，再在電極之間感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，由于該電動(dòng)勢(shì)與流量信號(hào)的相位差為90°，因此，渦電流也引入正交干擾。此外，電極附近的固體絕緣電阻破壞渦電流對(duì)稱性也會(huì)出現(xiàn)因共模狀態(tài)破壞造成的正交干擾。

.同相干擾。同相干擾是指與流量信號(hào)同相位的干擾。例如，因變壓器效應(yīng)造成電動(dòng)勢(shì)與流量信號(hào)有90°相位差.如果該干擾信號(hào)造成渦電流，則該渦電流造成的二次磁通再引入90°相位，從而使該干擾與流量信號(hào)同相.因此，同相干擾是正交干擾的再次微分所得。它是電磁流量計(jì)零漂和不穩(wěn)定的主要原因。同相干擾與勵(lì)磁頻率的平方成正比，可表示為：其中，Rr是兩電極間的內(nèi)阻;R是總阻抗;Um是勵(lì)磁電壓幅值。

c.低頻矩形波勵(lì)磁。目前大多數(shù)電磁流量計(jì)采用這種勵(lì)磁方式。

  根據(jù)正交干擾和同相干擾的特點(diǎn)，降低勵(lì)磁頻率有利于降低正交干擾和同相干擾.而同相干擾是正交干擾的再微分，因此，應(yīng)降低正交干擾。正交干擾是微分干擾，因?yàn)榫匦尾ㄐ盘?hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程極短，而矩形波的非轉(zhuǎn)換時(shí)間，其信號(hào)幅值穩(wěn)定.因此，將正弦波勵(lì)磁改為矩形波信號(hào)有利于降低正交干擾。低頻矩形波勵(lì)磁就是用這種方式降低正交干擾和同相干擾的。它應(yīng)用不同時(shí)序，由矩形波后沿向前采樣的時(shí)間段處于矩形波的穩(wěn)定幅值段，因此，可消除波形前沿產(chǎn)生的微分干擾，即正交干擾，并可消除它的再微分信號(hào)(同相干擾)。

.串模干擾。單端信號(hào)輸出形式中混人的干擾稱為串模干擾，或正態(tài)干擾、橫向干擾等。

  當(dāng)電磁流量計(jì)的感應(yīng)電壓輸出采用一個(gè)信號(hào)端、另一個(gè)基準(zhǔn)接地端時(shí)，稱為單端信號(hào)輸出。這時(shí)引入的干擾稱為串模干擾。例如，交流勵(lì)磁信號(hào)在輸出回路感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)就形成串模干擾。

.共模干擾。相對(duì)于公用電位基準(zhǔn)點(diǎn)，放大器的兩個(gè)輸人端同時(shí)出現(xiàn)的干擾稱為共模干擾，或?qū)Φ馗蓴_、縱向干擾等。例如，電磁流量計(jì)的電極兩端對(duì)地出現(xiàn)的幅值相等，極性相反的干擾電壓就是共模干擾。由于接地不良或靜電屏蔽不好造成電磁流量計(jì)的干擾就是共模干擾。

  低頻矩形波勵(lì)磁采用低頻勵(lì)磁(勵(lì)磁頻率約為工頻的1/8-1/32)的矩形波信號(hào)，它的矩形轉(zhuǎn)換過(guò)程很短，造成的微分干擾很小，因此，可有效克服正交干擾和同相干擾。同時(shí)，由于引人50Hz的串模干擾在采樣時(shí)間內(nèi)正、負(fù)面積相等，可得到相互抵消。由于低頻矩形波勵(lì)磁具有克服直流勵(lì)磁的極化電壓大、避免交流勵(lì)磁存在的正交干擾和同相干擾等優(yōu)點(diǎn)，在電磁流量計(jì)中獲得廣泛應(yīng)用。

低頻矩形波勵(lì)磁分為兩值波勵(lì)磁(單極性和雙極性)、三值波勵(lì)磁等。三值矩形波勵(lì)磁信號(hào)中有兩段時(shí)間信號(hào)為零，它們?cè)谡龖B(tài)和負(fù)態(tài)采樣之間，有利于對(duì)信號(hào)進(jìn)行零位檢查和自校，但勵(lì)磁電路要更復(fù)雜。因此，一般仍采用兩值矩形波勵(lì)磁。圖2-24是低頻矩形波勵(lì)磁時(shí)的有關(guān)信號(hào)波形?？煽吹?，為消除微分干擾，可將勵(lì)磁線圈中電感L與電阻R之比減小，使勵(lì)磁電流進(jìn)入穩(wěn)定時(shí)，微分干擾已經(jīng)很快衰減。此外，在同步采樣時(shí)，可將采樣信號(hào)設(shè)置在勵(lì)磁電流的后半部分，使微分干擾信號(hào)不能進(jìn)入流量采樣信號(hào)，從而消除微分干擾.混入的50Hz串模干擾在采樣周期的正、反方向相互抵消見(jiàn)圖2-24，因此，低頻矩形波勵(lì)磁既能克服正交干擾、同相干擾，又能克服直流勵(lì)磁的極化電壓干擾，得到廣泛應(yīng)用。

d.高頻矩形波勵(lì)磁。這是采用相對(duì)于低頻(1/8-1/32工頻)的高頻(100~400Hz)矩形波勵(lì)磁方式。一些應(yīng)用，例如，檢測(cè)空管電導(dǎo)率時(shí)，可采用高達(dá)2000Hz的高頻矩形波勵(lì)磁。高頻勵(lì)磁有利于對(duì)漿液流體流量測(cè)量，因高頻勵(lì)磁可降低電極產(chǎn)生的極化電壓，減弱測(cè)量輸出的抖動(dòng)和抑制高頻干擾，并可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

e.可編程脈寬矩形波勵(lì)磁.用單片機(jī)的可編程功能對(duì)勵(lì)磁電壓信號(hào)進(jìn)行脈沖寬度的調(diào)節(jié)。

.漿液流體噪聲。對(duì)液固兩相流的漿液流量測(cè)量，液體中的固體顆?；蚶w維摩擦電極，形成呈現(xiàn)尖狀的干擾信號(hào)，稱為尖狀干擾.電極為抗腐蝕，在其表面生成一層很薄的氧化膜，其形成過(guò)程中，產(chǎn)生*的極化電壓。當(dāng)兩個(gè)電極的材質(zhì)和表面狀態(tài)*相同時(shí)，生成的極化電壓是極性相同、幅值相等的共模干擾電壓.當(dāng)漿液流體中的固體顆?；蚶w維摩擦電極時(shí)，在電極表面的氧化層被劃傷，而在重新生成氧化層的過(guò)程中，極化電壓發(fā)生突變，兩電極材質(zhì)、表面狀態(tài)存在差異時(shí)，其極化共模電壓成為差模電壓，因此，流量計(jì)輸出出現(xiàn)大幅波動(dòng)，這就形成漿液流體噪聲。

.降低漿液流體噪聲措施?？刹捎酶哳l矩形波勵(lì)磁或可編程脈寬調(diào)制勵(lì)磁方式.可編程脈寬調(diào)制勵(lì)磁方式采用編程改變勵(lì)磁矩形波的脈沖寬度和勵(lì)磁頻率，從數(shù)據(jù)采集和軟件上削弱尖狀干擾的影響.此外，由于采用高頻勵(lì)磁，因此，響應(yīng)快。但零位穩(wěn)定性要變差些.

f.雙頻勵(lì)磁。高頻勵(lì)磁可降低漿液對(duì)電極產(chǎn)生的極化電壓，減弱測(cè)量輸出的抖動(dòng)和抑制高頻干擾，并可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。低頻勵(lì)磁可提高系統(tǒng)抗正交干擾和同相干擾的能力，提高零位穩(wěn)定性。因此，日本橫河公司研制了雙頻勵(lì)磁電磁流量計(jì)。它用低頻(6.25Hz)勵(lì)磁信號(hào)上疊加高頻(75Hz)勵(lì)磁信號(hào)組成雙頻勵(lì)磁，如圖2-25所示。對(duì)應(yīng)地，用不同采樣頻率采集感應(yīng)電壓，這種方法具有穩(wěn)定的零點(diǎn)。

與矩形波勵(lì)磁類似，雙頻勵(lì)磁也有兩值勵(lì)磁和三值勵(lì)磁等方式。

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