Исторически первым методом является питание обмоток синусоидальным электрическим током, причем сначала обмотки питали переменным напряжением от вторичной обмотки трансформатора питания (рабочая частота 50Гц, а в США и Японии 60 Гц). Наведенная на электродах ЭДС, в соответствии с законом Фарадея, пропорциональна току, протекающему через обмотки, поэтому она сдвинута по фазе на 90 ^o относительно питающего напряжения.

Скорость среды находится как отношение среднеквадратичных значений двух сдвинутых по фазе синусоидальных напряжений. Это стандартная задача, решаемая традиционными средствами аналоговой радиотехники. К сожалению, обратной стороной данного метода является низкая точность, присущая чисто аналоговым решениям.

Чтобы избавиться от проблем, связанных со сдвигом фазы, в качестве опорного сигнала используют не напряжение питания, а величину тока в обмотках. Такой подход устраняет таже погрешности, связанные с зависимостью тока обмотки от температуры, потому что сопротивление медного провода обмотки, при нагреве на 100 ^o увеличивается примерно на 40%.

• Неустранимым недостатком метода является трансформаторный эффект, приводящий к необходимости тщательной механической и электрической балансировки монтажа входных цепей индивидуально для каждого изделия.
• Достоинством является возможность достижения высокого быстродействия. Для этого частоту питающего тока повышают до 100 - 400 герц.

Альтернативный способ заключается в питании обмотки низкочастотными (1 - 25гц) прямоугольными импульсами. Значения величин опорного тока и наведенной ЭДС измеряются после окончания переходных процессов, на установившемся постоянном магнитном поле. При этом полностью отсутствует трансформаторный эффект и необходимость индивидуальной балансировки входных цепей. Помехи при этом легко отфильтровать простым и дешевым RC-фильтром.

Для уменьшения шумов на выходе также обычно используют перестраиваемые цифровые фильтры с постоянной времени от 1 до 200 секунд

Для устранения влияния электрохимического потенциала, который по абсолютной величине может превышать полезный сигнал на два порядка, полярность питающего тока меняют на противоположную, производят второй замер и вычисляют полезный сигнал как разность двух замеров. Синфазное напряжение помех, возникающее в результате электрохимических процессов, вносит одинаковый вклад в оба замера и при вычитании компенсируется. Это дает возможность получить стабильный ноль при отсутствии расхода.

• К недостаткам метода можно отнести невысокое быстродействие из-за необходимости ожидания конца переходных процессов.
• Достоинства: отсутствие необходимости балансирования входного тракта по переменному току. Простота и дешевизна электроники.

85 процентов выпускаемых в мире электромагнитных расходомеров - импульсные. Это обусловлено их высокой точностью и низкой ценой. Но применение импульсных измерителей имеет свои ограничения. Существует три случая, когда следует предпочесть высокочастотный расходомер:

• Если в потоке жидкости много газовых пузырей.
• Если велико содержание твердой фракции.
• Если поток сильно пульсирует на частоте ниже 15 Hz.

Поиски путей преодоления недостатков, свойственных электромагнитным преобразователям расхода классических типов привели к разработке усовершенствованных преобразователей, сочетающих в себе лучшие черты обоих подходов.

Фирма YOKOGAWA выпускает двухчастотные преобразователи с комбинированным питанием обмоток, обладающие лучшими чертами двух классических способов - высокой точностью и стабильностью нуля низкочастотного метода и быстродействием высокочастотного.

Последовательно реализованный принцип "два в одном" эмулирует одновременную работу двух расходомеров -переменного тока и импульсного. Высокочастотный и низкочастотный сигналы разделяются на входе и далее усиливаются и фильтруются каждый в своем канале, после чего снова суммируются.

Результатом является улучшение отношения сигнал/шум при высоком быстродействии. Нестабильность и разброс от замера к замеру не превышают 1мм/с.

Обычно обмотки питают током симметричной формы для предотвращения намагничивания сердечника. Дело в том, что намагниченный канал собирает ферромагнитные взвеси и ржавчину и накопленные с течением времени отложения шунтируют наведенный сигнал и служат причиной ухудшения точности. Обычно амплитуда тока питания обмоток не превышает 100 - 600 мА. Ради достижения предельных характеристик компания AFT в своих расходомерах питает обмотки однополярными мощными и короткими импульсами тока амплитудой до 8А. Увеличение тока на два порядка во столько же раз увеличивает наведенную ЭДС.

Такой подход определяет существенное улучшение отношения сигнал/шум и точности преобразователя. Абсолютная погрешность на низких (меньше 0.45 м/c) скоростях не превышает 2.5 мм/с.

Проблема же намагничивания решается другими способами - например, применением специальных материалов для изготовления полюсов обмоток.

Контакт: © RAP electronics, 1995-2024

К началу страницы