以下将分析流量信号电压的基本特征,使电磁流量计转换器能够有效、有针对性地放大流量信号、处理和数据采集。
(1)频率
流量信号由励磁磁场感应,其电学特性与励磁电压各参数有关,信号频率与励磁频率一致。6通常从降低传感器零点和保持稳定的角度使用.25Hz,甚至低到1Hz 的励磁频率;从降低流体极化电压引起输出摆动的角度出发,励磁频率在数十赫兹至100Hz;为了降低电导率时流动噪声的影响,励磁频率可影响 160Hz 。总之,电磁流量计的信号频率相对较低,一旦确定了励磁频率,信号频率基本不会改变。也就是说,转换器的放大电路可以设计成低频放大器,用于抑制各种高频干扰,提高信噪比.
(2)相位和波形
流量信号与工作磁场的相位和波形基本相同,即流量信号与励磁电压的相位和波形基本相同。由于金属测量管的涡流和励磁线圈的电感和电阻滞后,流量信号有一定的移相或波形的前后积分过程,这对大口径传感器尤为明显。
(3)幅度
流速信号的电压范围与两个电极的距离、磁感应强度和流速成正比。通常,感应信号的范围很小,通常流体通过传感器流动lm/s感应电势lmV以下,甚至0.2mV以下。
(4)内阻
根据全电路欧姆定律,放大器的输入电阻和信号源的内阻构成分压电路。有限的放大器输入电阻不能将信号源的所有电压添加到放大器中,部分信号电压将降低到信号的内阻。为了减少信号电压的损失,放大器的输入电阻必须远远大于信号内阻,以减少内阻引起的测量误差。
对于点电极的电磁流量计流量信号内阻,如图2-1所示,绝缘衬里的传感器测量管内壁配有一对接液电极。电极呈圆盘状,直径为d,电极A和电极B 距离(测量管直径)为D(d<<D)。充满导电液体的管道足够长,电极介质的导电性s和介电常数e均匀,不会改变介质中的电流场。在这些假设条件下,电极实际上埋在各个方向都有无限深度的介质中。设置两个电极之间的电势是e,A电极电位为+e/2, B电极的电位为-e/2。从图2-1可以看出,电流从A电极向介质散流汇集在B电极流出。流过电流的截面在电极附近最小,离电极越远越大。也就是说,离电极越远,电流密度越小,电场强度越小。由此可以看出,介质对电流的电阻越小。这样,在计算传感器信号的内阻时,流体的体电阻可以暂时视为零,只计算两个电极与介质接触的接触电阻。为便于计算,首先将电极视为球体,将球体半径设置为r.带电球体的电容c为:
根据电工理论,带电系统的电容c与同尺寸带电系统的电导g对应,可以得到(2-3)的转换关系。
(5)磁场变化的影响
根据原理公式,流量信号的范围不仅随流速而变化,而且随磁场强度而变化。也就是说,流量测量还需要考虑电磁流量计信号随磁场强度变化的影响。因此,励磁电流应采用恒流源或补偿