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金屬管轉子流量計信號采集方法的研究現狀

發布日期:2017-10-09  來源:  作者:  瀏覽次數:
【導讀】:目前的信號遠傳方式還是以電遠傳為主,最常用的電遠傳金屬管轉子流量計的結構是在就地指示型的基礎上,再通過特定的機械結構帶動差動變壓器或者角位移傳感器等......

         金屬管轉子流量計是應用廣泛的流量計之一。它沒有錐管破裂的風險,與玻璃管浮子流量計相比,使用溫度和壓力范圍更寬,具有結構簡單、直觀、壓力損失小、測量范圍大、運行可靠性高、可測中小流量及低雷諾數流量、維護方便、壽命長、對儀表前后直管段長度要求不高等優點。
 
         金屬管轉子流量計分為就地指示和遠傳指示兩種,就地指示型即通過指針直接指示流量。遠傳型分為氣遠傳和電遠傳兩種:氣動遠傳浮子流量計的特性及結構與電遠傳浮子流量計相似,只是遠傳信號是 0.02~0.1  MPa 的氣壓信號,由于其輸出為標準氣壓信號,所以適于易爆的工藝流程,并可與氣動單元組合儀表配套使用,進行流量測量和調節。
 
         目前的信號遠傳方式還是以電遠傳為主,非常常用的電遠傳金屬管轉子流量計的結構是在就地指示型的基礎上,再通過特定的機械結構帶動差動變壓器或者角位移傳感器等,將浮子的位置信號轉換為差動變壓器的鐵芯或者角位移傳感器等的角位移,從而轉換成標準電流、電壓信號輸出。其測量器件一般采用霍爾元件、磁阻元件和電容式角位移傳感器等。
 
1.  霍爾元件傳感器
 
         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產生電動勢差,這種現象稱霍爾效應。在其他條件不變的前提下,電勢差即為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復雜,功耗大,市場上低功耗高精度的成熟器件較少。
 
         溫度漂移是影響霍爾式金屬管轉子流量計測量精度的主要因素之一,目前消除霍爾式金屬管轉子流量計溫度漂移的方法主要包括硬件補償和軟件補償的方法。硬件補償的方法是通過增加額外的補償電路來消除溫度對電路輸出的影響,但會增加電路的復雜程度,而且對于不同的工況缺乏相應的靈活性;軟件補償的方法需在硬件系統中增加溫度傳感器,并通過相應的補償算法進行補償,對程序編寫方面要求較高。

2.  磁阻元件傳感器
 
         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產生的。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,在兩端產生積聚電荷并產生霍耳電場。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,那么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,信號頻率范圍大,但需要配套的整形電路,結構相對復雜。
 
3.  電容式角位移傳感器
 
         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、接觸式游標、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。
 
         在電容角位移式金屬管轉子流量計中,由于浮子內嵌磁鋼,當浮子上下移動時,磁鋼同時上下移動,與錐管外一端嵌有小磁鋼的機械連桿機構形成內外磁鋼磁路耦合,內磁鋼的運動將引起外磁鋼的位移,從而引起連桿轉動一定角度,將浮子直線位移轉換成連桿角度的位移,利用電容角位移傳感器將其角度的變化轉換為電容值的變化,再經信號處理電路將電容值的變化轉化為電壓信號,非常終使檢測電路的輸出信號幅值反映流體瞬時流量的大小。其結構原理圖如圖1-2所示。
 

基于電容式角位移傳感器的金屬管浮子流量計結構原理圖

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