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2017恒磁式電磁流量計研究意義和內容所在
發布日期:2017-5-15 14:32:52
2017恒磁式電磁流量計研究意義和內容所在
2017恒磁式電磁流量計研究意義和內容所在:
  先進行以下簡單的實驗:一個小線圈在圖2-2(a)所示的傳感器管道內切割磁場的方向運動,根據法拉第電磁感應定律,當穿過閉合回路所圍面積的磁通量發生變化時,回路中會建立起感應電動勢,此感應電動勢正比于磁通量對時間的變化率。當線圈運動速度較快(小于1.0m/s)時,磁通量對時間的變化率較大, 產生的直流感應電動勢的幅值可以達到lOmv;反之,當線圈運動的速度較慢時, 直流感應電動勢也可以達到2mv。
    由此也進一步證明了磁鋼產生的磁感應強度顯著增大了。磁鋼產生的磁感應強度比通電勵磁線圈產生的磁感應強度的確大一兩個數量級以上,所以,線圈切割磁場產生的感應電動勢很大,信號變化非常明顯。而且,磁鋼產生的磁感應強度幾乎不變,對測量而言,感應電動勢僅僅受流速的影響。
    電磁流量計采用永磁體勵磁較通電線圈勵磁有以下優點:首先,傳感器結構簡單,不必花費很大的精力去設計勵磁線圈和勵磁電路,也不必考慮勵磁引入的干擾問題;其次,用永磁體勵磁可以大大減小電磁流量計的功耗,用通電勵磁線圈產生磁感應強度時,儀表的大部分功耗都消耗在產生勵磁電流上;另外,用永磁體勵磁可保持電磁流量計在原理上的快速響應特性:最后,永磁體較通電線圈產生的磁感應強度更大,因而,在相同的流速和管道內徑的條件下,反映流速的感應電動勢可增加近兩個數量級,由此可充分擴大它在低流速下的測量能力。不足之處在于:如果測量管道和測量流體中含鐵銹等雜質時,因永磁體的永久磁性作用,鐵銹將被永久地吸引在有永磁體的管道內壁。隨著鐵銹的增多,相對于該部分管道內壁有阻擋體,流體流過該部分管道時,流速會發生變化,影響測量結果。
   當然,恒磁式電磁流量計的研究是電磁流量計多年來的研究難題之一,本文的研究目的更多的是探索恒磁勵磁方法的可行性,定性反映流速,并初步定量測量,為最終實現該技術的產品化提供初步的實驗方法和思想。就恒磁式電磁流量計目前的研究而言,主要難點集中體現在以下幾點: 
  (1)極化電壓與電極材料、液體性質有關,且影響感應電動勢; 
  (2)直流極化電壓隨機性大,且遠遠大于反應流速的感應電動勢; 
  (3)實際測量過程中,兩電極上疊加了一系列的干擾信號; 
  (4)盡管磁感應強度增大了很多,但與極化電壓相比,反應流速的感應電動勢仍然非常微弱。
   以上眾多問題使得從一個較大的無規律隨機變化的極化電壓中提取出有用的微弱感應電動勢十分困難,也是目前電磁流量計研究的難點之一。
   正是基于永磁體勵磁的以上優點和前人已有的研究思想方法,比較現有的電磁流量計有關的技術,本課題試探性地用永磁體(磁鋼)測量流速,從極化電壓的角度出發,而不像現有的電磁流量計那樣避開極化問題,探索了幾種相關的實驗方法,最終,在參考和借鑒電極結構、極化現象產生機理和雙電層理論㈣的基礎上,提出了一種有效的動態跟蹤極化電壓的方法以抑制極化電壓,提取出感應電動勢,定性反應流速。
   因此,本課題要首先設計了恒磁式電磁流量傳感器,然后探索多種實驗方法, 設計相應的硬件測控電路和配套的軟件。最好通過和已標定的電磁流量計測量結果比對,驗證本文設計的方法。
    本論文內容安排
   本論文共分六章,全面系統地介紹了恒磁勵磁的電磁流量計的研究思路和具體實現方法。
  第一章從流量計量的意義出發,介紹了電磁流量計的基本原理及兩項主要的相關技術,同時,詳細分析了電磁流量計現有的勵磁方式的特點和優缺點,介紹了恒磁勵磁的電磁流量計國內外研究現狀,指出本課題的研究意義和內容。第二章闡述了恒磁式電磁流量計的方法研究,詳細介紹了前期進行的幾種基本實驗方法的探索過程,最終從控制極化電壓的角度提出了動態負反饋的思想。并介紹了系統的設計要求及關鍵技術。這一章也是本課題的研究總綱。第三章詳細闡述了恒磁式電磁流量計的硬件設計方法,主要介紹了電源、信號調理電路、WD轉換器、單片機相關電路、鍵盤和顯示電路的設計方法。同時, 詳細推導了測量相關的理論,分析了影響測量的關鍵因素。本章是本文的研究核心。第四章對恒磁式電磁流量計的軟件設計方法做了具體說明,包括軟件的總體設計,中斷程序設計,12c程序,數據處理程序和LCD顯示程序。本章是硬件電路設計的支撐和完善。第五章介紹了該流量儀表的實驗過程和軟硬件聯調的實驗結果,并針對定性定量的結果進行了具體的分析。第六章是本文的總結,指出了研究內容的不足,并針對有待完善的研究內容和方向,提出了下一步的工作展望。


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