CN110207768A - 一种智能电磁流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能电磁流量计，包括电源模块、传感器部分、励磁系统和信号自调系统，所述信号自调整系统由励磁激励控制模块，信号放大模块，电压激励控制模块组成，所述电源模块为所述直流电磁流量计提供电源，所述电磁流量计具体操作方法是通过快速调整励磁电流，使所述励磁系统快速进入恒流励磁状态，感应磁场进入稳态值，得到稳定的流量信号；本发明提供出一种自诊断处理方法，可以实现零点的自动跟踪，并消除在测量中，电极受到污染时而产生的测量误差、克服流动噪声等，从而提高电磁流量计的测量精度，避免了由于零点漂移、空管、电极污染等而造成测量不准确的情况。
Description
技术领域
本发明属于电磁流量检测技术领域，具体涉及一种智能电磁流量计。
背景技术
基于法拉第电磁感应定律的电磁流量计，测量管内被测导电流体侧割磁力线，产生感应电动势，并通过电极输出，由于电磁流量计的传感器结构简单、非侵入式、没有阻碍器件等优势，常被用于石油天然气、化工水处理、制药食品饮料、能源冶金、纸浆处理和建筑材料等行业，同时电磁流量计是一种性能强烈依赖于使用条件的设备，在现场实际的测量环境中，仪表的精度可能受介质的稳定、压力和气泡含量等各种因素的影响，实际仪表存在一定的系统误差、随机误差等，且测量过程中电极污染、噪声等因素均会影响测量精度，电磁流量计的零点是指测量管道中流体处于静止状态时所测得的流量值，理想情况下流量计应显示零流量，一般使用会重新标定零点，但是流量计实际使用存在系统误差、随机误差、外界干扰信号等造成零点的不稳定，进而影响测量的精度。
目前国内外解决问题的手段比较少，基本都是通过电容将叠加在流速信号中的误差（而产生的零点漂移）滤除，由于电磁流量计的信号频率比较低，一般在6.25HZ以下，所用电容值就要求比较大，这样电容的充放电时间常数就比较大，同时由于电容存在充放电过程，会导致流量信号的失真，这种操作需要手动完成，费时费力，影响测量效率，因此只能适用于测量精度不高，同时对仪表的测量下限要求不高的情况，为此我们提出一种智能电磁流量计。
发明内容
本发明的目的在于解决目前电磁流量计存在的由于零点漂移、空管、电极污染等而造成测量不准确的问题，提供一种提高电磁流量计的测量精度的自诊断处理方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能电磁流量计在流量信号与噪声处理方面，具有自调整智能化，使仪表的测量性能和抗干扰能力有了新的提高，其中流量计量仪表是一种性能强烈依赖于使用条件的设备，因此信号处理方法的研究必须基于对信号与噪声特性的分析。
进一步的，电磁流量计的流动噪声与励磁频率成反比的关系，励磁频率越高，流动噪声对流量信号的影响越小；反之励磁频率越低，流动噪声对流量信号的影响则越大；提高励磁频率的可以很容易的克服流动噪声的影响，但是励磁频率提高带来的负面影响是微分干扰对流量信号的影响会增强，会降低电磁流量计零点的调整能力，缩短磁场达到稳态的时间。
进一步的，智能电磁流量计是通过传感器调整励磁电流与信号处理技术达到对检测的流速信号自修正。其次根据励磁频率与流动噪声的反比例关系，调整励磁达到稳定状态，进而达到克服流动噪声。
进一步的，智能电磁流量计中励磁模块在励磁初始时使励磁电流I快速上升，达到励磁模块所要求的电流值Ic，实现稳定励磁；励磁系统采用在电流励磁的控制器Ic两端并联一个由控制信号K操作的可通断的旁路开关，在使励磁线圈中开始有电流I的初始时刻T0，由控制单元输出信号K使旁路开关接通，让励磁模块中的电流I快速上升并使励磁线圈快速增强励磁；当励磁线圈中的电流I接近电流控制器设定的电流值Ic时，控制单元输出控制信号K使旁路开关关断，这时电流控制器使流过励磁线圈的电流I被快速控制在电流值Ic，从而实现励磁线圈的快速励磁控制。
进一步的，励磁系统，包括一个有电压V值的电源，一个使A和B两端流过的电流I被设定在电流值Ic的电流控制器，一个励磁单元，一个控制单元，一个取样电阻R，一个监测单元；直流电源、电流流控制器的A与B端、励磁单元连接成一个串联回路；励磁单元由一个励磁开关与一个励磁线圈串联组成，取样电阻通过监测单元反馈给控制单元，控制单元输出控制信号C操作励磁开关的接通与关断，励磁开关的接通与关断操作决定了串联回路即励磁线圈中电流I的接通和关断；电流控制器的A和B两端并联一个由控制信号K操作的旁路开关，旁路开关的接通与关断由控制单元输出的控制信号K操作。
进一步的，电源是由一个高压电源和一个低压电源以及一个二选一开关组成；高压电源和低压电源分别连接二选一开关的两个输入选接头，控制单元连接二选一开关的控制接头而控制两个输入选接头的接通和关断。
进一步的，励磁单元是励磁线圈串联一个励磁开关，励磁开关由一个左上开关、一个左下开关、一个右上开关和一个右下开关组成，励磁线圈的一端连接左上开关的输出端和左下开关的输入端，励磁线圈的另一端连接右上开关的输出端和右下开关的输入端，左上开关与右上开关的输入端连接一起作为励磁单元的输入端，左下开关与右下开关的输出端连接一起作为励磁单元的输出端。
进一步的，智能电磁流量计中，在测量的过程中，当励磁电流达到Ic时，增加励磁电流I=0的工作时段，此时感应磁场B=0时，因此感应电动势E=0，将此时经过信号放大单元的输出的信号作为零点值Z，并记录此时的Z值。在测量时得到的感应电动势信号E进行修正，从而实现对流速V值的精确估计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供出一种自诊断处理方法，可以实现零点的自动跟踪，并消除在测量中，电极受到污染时而产生的测量误差、克服流动噪声等，从而提高电磁流量计的测量精度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为智能电磁流量计设计原理图；
图2为智能电磁流量计结构图；
图3为快速调整励磁单元；
图4为直流电源与控制单元；
图5为励磁单元与控制单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
参见图1，本智能电磁流量计包括：C为励磁线圈，E1、E2为电极，1为传感器，2为磁场激励控制模块，3为信号放大模块，4为电压激励控制模块。在流量测量的过程中不断的加入励磁电流I=0工作时段，当I=0即磁场B=0时，流速的感应电动势E=0，将此时经过信号放大模块的信号作为零点值Z，对在磁场B下测量到的感应电动势信号e进行修正，从而实现对流速V值的精确估计。
实施例二
参见图2-图5，电源模块采用变压器式的开关电源为整个系统的各个模块提供所需的工作电压和电流；励磁模块在微处理器的控制下为传感器提供稳定的工作磁场；传感器检测的流量信号首先经过前级的仪表放大器进行放大和滤波得到差分流量信号，然后通过基线式反馈放大电路对流量信号进行进一步的放大和滤波；放大调整后的信号经过V/F转换电路进行量化处理，最后通过MCU进行采样和计算得到流量信号。
其中图3为快速调整励磁单元，包括一个有电压V值的直流电源，一个使A和B两端流过的电流I被设定在电流值Ic的控制器，一个励磁单元，一个控制单元，一个取样电阻R，一个监测单元；直流电源、恒流控制器的A与B端、励磁单元连接成一个串联回路；励磁单元由一个励磁开关与一个励磁线圈串联组成，取样电阻通过监测单元反馈给控制单元，控制单元输出控制信号C操作励磁开关的接通与关断，励磁开关的接通与关断操作决定了串联回路即励磁线圈中电流I的接通和关断；恒流控制器的A和B两端并联一个由控制信号K操作的旁路开关，旁路开关的接通与关断由控制单元输出的控制信号K操作。
本实施中，优选的，当串联回路即励磁线圈中电流I=0的一个T0时刻，控制单元输出的控制信号X操作二选一开关让高压电源作为直流电源的输出，用高压电源使回路电流I上升速率更快；控制单元输出的控制信号C和控制信号K让励磁开关和旁路开关接通，电流I通过旁路开关而不受恒流控制器控制，使串联回路即励磁线圈中的电流I以最快速度上升。电压监测单元对取样电阻的两端电压Vr进行测量，当Vr/R=I接近恒流控制器的恒定电流值Ic的T1时刻，电压监测单元用输出信号F触发控制单元输出控制信号K使旁路开关关断，控制单元输出的控制信号X操作二选一开关让低压电源作为直流电源的输出，用低压电源减小了恒流控制器的压降。这时恒流控制器使串联回路即励磁线圈中的电流I被快速控制在恒定电流值Ic，使励磁线圈进入恒流励磁状态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种智能电磁流量计，其特征在于：包括电源模块、传感器部分、励磁系统和信号自调系统，所述信号自调整系统由励磁激励控制模块，信号放大模块，电压激励控制模块组成，所述电源模块为所述直流电磁流量计提供电源，所述电磁流量计具体操作方法是通过快速调整励磁电流，使所述励磁系统快速进入恒流励磁状态，感应磁场进入稳态值，得到稳定的流量信号。
2.根据权利要求1所述的一种智能电磁流量计，其特征在于：所述励磁系统包括一个有电压V值的电源、一个使A和B两端流过的电流I被设定在电流值Ic的电流控制器、一个励磁单元、一个控制单元、一个取样电阻R和一个监测单元；所述直流电源、所述电流流控制器的A与B端和所述励磁单元连接成一个串联回路。
3.根据权利要求2所述的一种智能电磁流量计，其特征在于：所述励磁单元由一个励磁开关与一个励磁线圈串联组成，取样电阻通过监测单元反馈给所述控制单元，所述控制单元输出控制信号C操作励磁开关的接通与关断，所述励磁开关的接通与关断操作决定了串联回路，即所述励磁线圈中电流I的接通和关断；电流控制器的A和B两端并联一个由控制信号K操作的旁路开关，所述旁路开关的接通与关断由所述控制单元输出的控制信号K操作。
4.根据权利要求2所述的一种智能电磁流量计，其特征在于：所述励磁开关由一个左上开关、一个左下开关、一个右上开关和一个右下开关组成，所述励磁线圈的一端连接左上开关的输出端和左下开关的输入端，所述励磁线圈的另一端连接右上开关的输出端和右下开关的输入端，左上开关与右上开关的输入端连接一起作为所述励磁单元的输入端，左下开关与右下开关的输出端连接一起作为所述励磁单元的输出端。
5.根据权利要求1所述的一种智能电磁流量计，其特征在于：所述励磁系统采用在所述电流控制器Ic两端并联一个由控制信号K操作可通断的所述旁路开关，在使所述励磁线圈中开始有电流I的初始时刻T0，由控制单元输出信号K使旁路开关接通，让所述励磁单元中的电流I快速上升并使所述励磁线圈快速增强励磁；当所述励磁线圈中的电流I接近所述电流控制器设定的电流值Ic时，所述控制单元输出控制信号K使所述旁路开关关断，这时所述电流控制器使流过所述励磁线圈的电流I被快速控制在电流值Ic，从而实现所述励磁线圈的快速励磁控制。
6.根据权利要求1所述的一种智能电磁流量计，其特征在于：所述励磁线圈产生的磁场方向与在测定管内流体的流动方向V相垂直，所述测量管内具有一对电极E1、E2，其方向与所述测定管内流体流动方向和所述励磁线圈产生磁场的方向垂直。
7.根据权利要求1所述的一种智能电磁流量计，其特征在于：所述电源模块是由一个高压电源、一个低压电源和一个二选一开关组成，所述高压电源和低压电源分别连接二选一开关的两个输入选接头，所述控制单元连接二选一开关的控制接头并控制两个输入选接头的接通和关断。
8.根据权利要求1所述信号自调整系统，其特征在于：所述智能电磁流量计在流量测量的过程中，使所述励磁系统中的励磁单元励磁电流I=0，即磁场B=0，此时被测流体的感应电动势E=0，将此时经过所述信号放大模块输出的信号作为零点值Z，对在磁场B下测量到的感应电动势信号E进行修正，从而实现对流速V值的精确估计。
9.根据权利要求1中所述的电磁流量计的自调整方法，其特征在于，所述流量计在测量时的信号叠加了干扰信号，其中包括电极污染、流动噪声等，当被测流体处于静态下时，由微处理器中储存下此时测量值。
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