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金属管转子流量計信号采集方法的研究现状

發布日期:2017-10-09  來源:  作者:  浏覽次數:
【導讀】:目前的信号远传方式还是以电远传为主,最常用的电远传金属管转子流量計的结构是在就地指示型的基础上,再通过特定的机械结构带动差动变压器或者角位移传感器等......

         金属管转子流量計是应用广泛的流量計之一。它没有锥管破裂的风险,与玻璃管浮子流量計相比,使用温度和压力范围更宽,具有结构简单、直观、压力损失小、测量范围大、运行可靠性高、可测中小流量及低雷诺数流量、维护方便、寿命长、对仪表前后直管段长度要求不高等优点。
 
         金属管转子流量計分为就地指示和远传指示两种,就地指示型即通过指针直接指示流量。远传型分为气远传和电远传两种:气动远传浮子流量計的特性及结构与电远传浮子流量計相似,只是远传信号是 0.02~0.1  MPa 的气压信号,由于其输出为标准气压信号,所以适于易爆的工艺流程,并可与气动单元组合仪表配套使用,进行流量测量和调节。
 
         目前的信号远传方式还是以电远传为主,非常常用的电远传金属管转子流量計的结构是在就地指示型的基础上,再通过特定的机械结构带动差动变压器或者角位移传感器等,将浮子的位置信号转换为差动变压器的铁芯或者角位移传感器等的角位移,从而转换成标准电流、电压信号输出。其测量器件一般采用霍尔元件、磁阻元件和电容式角位移传感器等。
 
1.  霍尔元件传感器
 
         置于磁場中的靜止載流導體,當它的電流方向與磁場方向不一致時,載流導體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間産生電動勢差,這種現象稱霍爾效應。在其他條件不變的前提下,電勢差即爲磁場方向的單值函數。
 
         其優點是測量器件不與被測電路發生電接觸,不影響被測電路,無機械磨損,可靠性較高。但與此同時,霍爾元件傳感器線路複雜,功耗大,市場上低功耗高精度的成熟器件較少。
 
         温度漂移是影响霍尔式金属管转子流量計测量精度的主要因素之一,目前消除霍尔式金属管转子流量計温度漂移的方法主要包括硬件补偿和软件补偿的方法。硬件补偿的方法是通过增加额外的补偿电路来消除温度对电路输出的影响,但会增加电路的复杂程度,而且对于不同的工况缺乏相应的灵活性;软件补偿的方法需在硬件系统中增加温度传感器,并通过相应的补偿算法进行补偿,对程序编写方面要求较高。

2.  磁阻元件传感器
 
         磁阻效應是指某些金屬或半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現象。同霍爾效應一樣,磁阻效應也是由于載流子在磁場中受到洛倫茲力而産生的。當半導體處于磁場中時,導體或半導體的載流子將受洛侖茲力的作用,發生偏轉,在兩端産生積聚電荷並産生霍耳電場。如果霍耳電場作用和某一速度載流子的洛侖茲力作用剛好抵消,那麽小于或大于該速度的載流子將發生偏轉,因而沿外加電場方向運動的載流子數量將減少,電阻增大,表現出橫向磁阻效應。由于磁阻傳感器電阻的相對變化率正比于磁場強度,因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對改變量來表示磁阻效應的大小。
 
         目前,磁阻效應廣泛用于磁傳感、磁力計、電子羅盤、位置和角度傳感器、車輛探測、GPS導航、儀器儀表、磁存儲(磁卡、硬盤)等領域。磁阻傳感器功耗低,可靠性高,信號頻率範圍大,但需要配套的整形電路,結構相對複雜。
 
3.  电容式角位移传感器
 
         角位移傳感器是位移傳感器的一種型號,采用非接觸式設計,與同步分析器和電位計等其它傳統的角位移測量儀相比,有效地提高了長期可靠性。它的設計獨特,在不使用諸如滑環、葉片、接觸式遊標、電刷等易磨損的活動部件的前提下仍可保證測量精度。
 
         電容式角位移傳感器是在設定極板間距、介質相對介電常數等參數相對不變的條件下,利用電容有效正對面積的變化來檢測角位移變化量的傳感器。
 
         在电容角位移式金属管转子流量計中,由于浮子内嵌磁钢,当浮子上下移动时,磁钢同时上下移动,与锥管外一端嵌有小磁钢的机械连杆机构形成内外磁钢磁路耦合,内磁钢的运动将引起外磁钢的位移,从而引起连杆转动一定角度,将浮子直线位移转换成连杆角度的位移,利用电容角位移传感器将其角度的变化转换为电容值的变化,再经信号处理电路将电容值的变化转化为电压信号,非常终使检测电路的输出信号幅值反映流体瞬时流量的大小。其结构原理图如图1-2所示。
 

基于电容式角位移传感器的金属管浮子流量計结构原理图

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