一種電磁流量計中的電導(dǎo)率測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種電磁流量計中的電導(dǎo)率測量方法，通過對一個測量電極A和地之間施加電壓激勵的方法，電壓激勵選擇為高頻交流方波激勵源，高頻交流方波驅(qū)動單元通過高頻耦合電路對測量電極A施加激勵，將會有電流I流過測量電極Ａ和地之間的電導(dǎo)率等效電阻R1，在測量電極A和地之間將會產(chǎn)生電壓，假設(shè)測量電極A和地之間的電導(dǎo)率等效電阻R1，則電導(dǎo)率等效電壓為，在激勵電流I不變的情況下，電導(dǎo)率等效電壓同電導(dǎo)率等效電阻R1成正比關(guān)系，電導(dǎo)率測量電路通過測量電壓值，即可得到管道中流體的電導(dǎo)率。根據(jù)待測流體的電導(dǎo)率大小，通過設(shè)定合適的空管報警門限值，即可完成管道中流體的空管監(jiān)測和處理。
【專利說明】一種電磁流量計中的電導(dǎo)率測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用于電磁流量計的測量方法，尤其涉及一種電磁流量計中的電導(dǎo)率測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代電磁流量計一般采用低頻勵磁的方法測量流量信號，低頻交流方波勵磁驅(qū)動單元電路輸出驅(qū)動電流到勵磁線圈，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，交流變化的電場將產(chǎn)生交流變化的磁場，流經(jīng)管道的導(dǎo)電流體在磁場作用下，將在測量電極A和測量電極B之間產(chǎn)生感應(yīng)電壓。在磁場強度一定的情況下，該感應(yīng)電壓同流經(jīng)管道中導(dǎo)電流體的流速成正比關(guān)系，即流速越大，在測量電極A和測量電極B之間產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也就越大。通過測量電極兩端的電壓值，即可得到流經(jīng)管道的導(dǎo)電流體的流速值。
[0003]當(dāng)電磁流量計的測量電極裸露在空氣中時，傳感器將會產(chǎn)生較強的干擾信號，導(dǎo)致流量測量電路檢測的數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真。因此，在電磁流量計的使用過程中通常要求鏈接電磁流量計的管道中必須充滿被測流體。但在實際應(yīng)用中，很難保證管道始終充滿流體，這就需要檢測出管道中流體是否是充滿整個管道。常用的測量方法是測量出流經(jīng)管道的導(dǎo)電流體的電導(dǎo)率值，根據(jù)測量得到的電導(dǎo)率值，來檢測出管道是否處于空管的狀態(tài)。
[0004]一種檢測管道是否是空管的方法是在管道中添加兩個單獨的電極，通過測量兩個電極之間或其中一個電極與地之間的電阻值。采用這種方法需要在管道中增加額外的電極，造成傳感器生產(chǎn)成本上升，同時，管道中測量電導(dǎo)率電極在測量過程中會產(chǎn)生干擾信號，影響流量信號的測量。另外一種檢測空管的方法是施加低頻三角波激勵源到測量電極，由于流量測量信號也是在低頻部分，該方法將會對流量測量信號產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，同時，低頻三角波勵磁對定時要求較高，需要單獨的定時產(chǎn)生電路，造成轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)復(fù)雜度太大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公布了 一種電磁流量計中的電導(dǎo)率測量方法，主要采用高頻方波激勵的方法測量流體的電導(dǎo)率，避免了低頻三角波激勵對流量信號的干擾，實現(xiàn)復(fù)雜度也大大的降低。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
低頻交流方波勵磁驅(qū)動單元產(chǎn)生勵磁電流，勵磁電流流過勵磁線圈產(chǎn)生感應(yīng)磁場，流體管道中的流體在磁場作用下會在測量電極A和測量電極B之間產(chǎn)生感應(yīng)電壓，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁場強度一定的情況下，感應(yīng)電壓的大小同帶電流體的運動速度成正比關(guān)系。因此，測量電極A和測量電極B之間感應(yīng)電壓的大小反映管道中帶電流體的運動速度大小。
[0007]測量電極A和測量電極B之間的差分感應(yīng)電壓通過流量信號放大電路轉(zhuǎn)換為單端電壓，該電壓經(jīng)低頻耦合電路濾波處理后送到AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為便于軟件處理的數(shù)字信號，送給主控MCU數(shù)字處理單元，采用高頻交流方波激勵的優(yōu)點是避免了電極極化對流量測量產(chǎn)生的影響，同時，高頻交流方波激勵產(chǎn)生的電導(dǎo)率測量信號和流量測量信號所占用的頻帶不同，可以采用模擬濾波的方法進行分離處理，避免了電導(dǎo)率測量信號和流量測量信號之間的相互干擾。
[0008]一種電導(dǎo)率信號和流量信號分離的實施方法，流體管道中的流量信號經(jīng)過流量信號放大電路送給低頻耦合電路進行低通濾波處理，該低通濾波處理可以抑制高頻電導(dǎo)率測量信號產(chǎn)生的干擾。低頻耦合電路的輸出送給AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號送給主控MCU數(shù)字處理單元；電導(dǎo)率信號經(jīng)過電導(dǎo)率信號放大電路送給高頻耦合電路進行高通濾波處理，該高通濾波處理可以消除低頻流量信號的干擾，高頻耦合電路的輸出送給AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器將電導(dǎo)率模擬信號變?yōu)殡妼?dǎo)率數(shù)字信號送給主控MCU處理。
[0009]高頻交流方波驅(qū)動單元驅(qū)動測量電極A產(chǎn)生電壓激勵源，該電壓激勵源通過高頻耦合電路對測量電極A施加激勵，將會有電流流過測量電極A和地之間的電導(dǎo)率等效電阻R1，從而在測量電極A和地之間產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓通過阻抗變換電路，產(chǎn)生電導(dǎo)率等效電壓。電導(dǎo)率信號處理電路通過測量電導(dǎo)率等效電壓，即可得到管道中流體的電導(dǎo)率值。
[0010]高頻交流方波的激勵頻率需要根據(jù)現(xiàn)場測試情況進行選定，現(xiàn)場測試表明，高頻方波頻率在IOOHz至IOK Hz之間時，電導(dǎo)率測量信號均具有良好的線性度；若激勵頻率過高，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。
[0011]本發(fā)明通過對一個測量電極A和地之間施加電壓激勵的方法。電壓激勵選擇為高頻交流方波激勵源。高頻交流方波驅(qū)動單元通過高頻耦合電路對測量電極A施加激勵，將會有電流I流過測量電極A和地之間的電導(dǎo)率等效電阻R1，在測量電極A和地之間將會產(chǎn)生電壓，假設(shè)測量電極A和地之間的電導(dǎo)率等效電阻R1，則電導(dǎo)率等效電壓為
F0=JxjM在激勵電流I不變的情況下，電導(dǎo)率等效電壓同電導(dǎo)率等效電阻Rl成正比關(guān)
系，電導(dǎo)率測量電路通過測量電壓值，即可得到管道中流體的電導(dǎo)率。根據(jù)待測流體的電導(dǎo)率大小，通過設(shè)定合適的空管報警門限值，即可完成管道中流體的空管監(jiān)測和處理。
[0012]采用高頻交流方波激勵的優(yōu)點是避免了電極極化對流量測量產(chǎn)生的影響，同時，高頻交流方波和流量測量信號可以采用模擬濾波的方法進行分離處理，避免了電導(dǎo)率測量信號和流量測量信號之間的相互干擾。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明方案不需要添加額外電極就可以進行電導(dǎo)率的測量，降低了傳感器的生產(chǎn)成本；采用高頻方波激勵避免了低頻三角波激勵對流量信號的干擾，避免了電極極化對流量測量產(chǎn)生的干擾，使流量測量和電導(dǎo)率測量更加準(zhǔn)確，抗干擾能力大大提高。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】:
1、附圖1為流量和電導(dǎo)率測量驅(qū)動電路；
2、附圖2為流量信號和電導(dǎo)率信號處理電路；
3、附圖3為電導(dǎo)率測量等效電路；
4、附圖4為電導(dǎo)率測量值與激勵頻率和相對電導(dǎo)率關(guān)系曲線。
[0015]【具體實施方式】:
如圖1所示，低頻交流方波勵磁驅(qū)動單元I產(chǎn)生勵磁電流，勵磁電流流過勵磁線圈2產(chǎn)生感應(yīng)磁場，流體管道3中的流體在磁場作用下會在測量電極A4和測量電極B5之間產(chǎn)生感應(yīng)電壓，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁場強度一定的情況下，感應(yīng)電壓的大小同帶電流體的運動速度成正比關(guān)系。因此，測量電極A4和測量電極B5之間感應(yīng)電壓的大小反映管道中帶電流體的運動速度大小。
[0016]如圖2所示，測量電極A4和測量電極B5之間的差分感應(yīng)電壓通過流量信號放大電路8轉(zhuǎn)換為單端電壓，該電壓經(jīng)低頻耦合電路9濾波處理后送到AD轉(zhuǎn)換器10，AD轉(zhuǎn)換器10將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為便于軟件處理的數(shù)字信號，送給主控MCU數(shù)字處理單元11，采用高頻交流方波激勵的優(yōu)點是避免了電極極化對流量測量產(chǎn)生的影響，同時，高頻交流方波激勵產(chǎn)生的電導(dǎo)率測量信號和流量測量信號所占用的頻帶不同，可以采用模擬濾波的方法進行分離處理，避免了電導(dǎo)率測量信號和流量測量信號之間的相互干擾。
[0017]如圖2所示一種電導(dǎo)率信號和流量信號分離的實施方法，流體管道3中的流量信號經(jīng)過流量信號放大電路8送給低頻耦合電路9進行低通濾波處理，該低通濾波處理可以抑制高頻電導(dǎo)率測量信號產(chǎn)生的干擾。低頻耦合電路9的輸出送給AD轉(zhuǎn)換器10，AD轉(zhuǎn)換器10將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號送給主控MCU數(shù)字處理單元11 ;電導(dǎo)率信號經(jīng)過電導(dǎo)率信號放大電路16送給高頻耦合電路7進行高通濾波處理，該高通濾波處理可以消除低頻流量信號的干擾，高頻耦合電路7的輸出送給AD轉(zhuǎn)換器10，AD轉(zhuǎn)換器10將電導(dǎo)率模擬信號變?yōu)殡妼?dǎo)率數(shù)字信號送給主控MCU處理11。
[0018]如圖1所示，高頻交流方波驅(qū)動單元6驅(qū)動測量電極A4產(chǎn)生電壓激勵源，該電壓激勵源通過高頻耦合電路7對測量電極A4施加激勵，將會有電流流過測量電極A 4和地14之間的電導(dǎo)率等效電阻Rl,如圖3所示，從而在測量電極A4和地14之間產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓通過阻抗變換電路12，產(chǎn)生電導(dǎo)率等效電壓。電導(dǎo)率信號處理電路通過測量電導(dǎo)率等效電壓13，即可得到管道中流體的電導(dǎo)率值。
[0019]高頻交流方波的激勵頻率需要根據(jù)現(xiàn)場測試情況進行選定，如圖4所示給出了高頻方波頻率的大致選定范圍，現(xiàn)場測試表明，高頻方波頻率在IOOHz至IOK Hz之間時，電導(dǎo)率測量信號均具有良好的線性度；若激勵頻率過高，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁流量計中的電導(dǎo)率測量方法，其特征在于:低頻交流方波勵磁驅(qū)動單元(I)產(chǎn)生勵磁電流，勵磁電流流過勵磁線圈(2)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，流體管道(3)中的流體在磁場作用下在會在測量電極A(4)和測量電極B(5)之間產(chǎn)生感應(yīng)電壓，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁場強度一定的情況下，感應(yīng)電壓的大小同帶電流體的運動速度成正比關(guān)系；因此，測量電極A(4)和測量電極B (5)之間感應(yīng)電壓的大小反映管道中帶電流體的運動速度大小；測量電極A (4)和測量電極B(5)之間的差分感應(yīng)電壓通過流量信號放大電路⑶轉(zhuǎn)換為單端電壓，該電壓經(jīng)低頻耦合電路(9)濾波處理后送到AD轉(zhuǎn)換器(10)，AD轉(zhuǎn)換器(10)將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為便于軟件處理的數(shù)字信號，送給主控MCU數(shù)字處理單元(11)，采用高頻交流方波激勵的優(yōu)點是避免了電極極化對流量測量產(chǎn)生的影響，同時，高頻交流方波激勵產(chǎn)生的電導(dǎo)率測量信號和流量測量信號所占用的頻帶不同，可以采用模擬濾波的方法進行分離處理，避免了電導(dǎo)率測量信號和流量測量信號之間的相互干擾；一種電導(dǎo)率信號和流量信號分離的實施方法，流體管道(3)中的流量信號經(jīng)過流量信號放大電路(8)送給低頻耦合電路(9)進行低通濾波處理，該低通濾波處理可以抑制高頻電導(dǎo)率測量信號產(chǎn)生的干擾；低頻耦合電路(9)的輸出送給AD轉(zhuǎn)換器(10)，AD轉(zhuǎn)換器(10)將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號送給主控MCU數(shù)字處理單元(11);電導(dǎo)率信號經(jīng)過電導(dǎo)率信號放大電路(16)送給高頻耦合電路(7)進行高通濾波處理，該高通濾波處理可以消除低頻流量信號的干擾，高頻耦合電路(7)的輸出送給AD轉(zhuǎn)換器(10)，AD轉(zhuǎn)換器(10)將電導(dǎo)率模擬信號變?yōu)殡妼?dǎo)率數(shù)字信號送給主控MCU處理(11);高頻交流方波的激勵頻率需要根據(jù)現(xiàn)場測試情況進行選定，現(xiàn)場測試表明，高頻方波頻率在IOOHz至IOK Hz之間時，電導(dǎo)率測量信號均具有良好的線性度；若激勵頻率過高，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。
【文檔編號】G01N27/22GK103792266SQ201210462577
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月16日
【發(fā)明者】趙小勇, 胡玉礦 申請人:開封開德流量儀表有限公司