[发明专利]一种基于电压电流微分的瞬态电磁流量变送器

说明书

本发明涉及流量检测领域，为一种基于电压电流微分的瞬态电磁流量变送器。针对电磁流量计的瞬态测量过程，提出基于电压电流微分的瞬态测量方法，研制基于电压电流微分的瞬态电磁流量变送器，实时实现测量方法。瞬态测量系统包括励磁驱动模块、信号调理采集模块、人机接口模块、存储模块、输出模块、通讯模块以及软件处理模块。励磁驱动模块激励励磁线圈产生感应磁场；信号调理采集模块利用两片ADC同步采样信号电压和励磁电流，并将采样结果送入DSP；在DSP中，实时实现基于电压电流微分比值的处理方法，计算得到的瞬时和累积流量。

技术领域

本发明涉及流量检测领域，为一种基于电压电流微分的瞬态电磁流量变送器，特别是一种利用励磁电流的瞬态过程进行测量、采用电压电流微分比值方法实时处理的测量系统。

背景技术

电磁流量计是一种基于电磁感应定律测量导电液体体积流量的仪表，被广泛地应用于各种导电液体的流量测量。目前电磁流量计大多采用低频矩形波或三值波励磁，稳态励磁电流为一百到几百毫安，并且需要保持足够时间的稳定段，以使传感器输出信号获得较长时间的平稳段，保证其测量精度。例如，采用高低压电源切换励磁控制系统，高压为80V，低压为17V，稳态电流约为180mA，在励磁电流上升过程中使用高压源激励，电流在稳态时切换为低压源，以使励磁电流快速进入稳态(许伟等.高低压电源切换励磁控制系统的参数计算和方案改进，电子测量与仪器仪表学报,2015，29(6)：887-894)。这导致电磁流量计功耗大，发热比较严重，影响其使用寿命；同时，也不利于电磁流量计的低功耗实现。

为了降低励磁功耗，中国计量学院的刘铁军等在《中国计量学院学报》上发表了“新型低功耗电磁流量计设计”论文(2013，24(3):243-247)。山东大学的杜清府等在《仪表技术与传感器》上发表了“低功耗电磁流量计的设计与实现”论文(2015，(3):25-27)。这两篇文献均采用了降低励磁电压和间歇励磁的方式。虽然可以降低电磁流量计的功耗，但是，降低励磁电压影响电磁流量计的响应速度；间歇励磁的实时性较差，测量准确度也有所降低。

国外学者Michalski A等在IEEE Instrumentation&Measurement Magazine上发表了“The Problems of Pulse Excitation in Electromagnetic Flowmeters”论文(2013,16(5):47-52)。该文献对励磁电流的瞬态过程进行了研究。相比稳态测量，瞬态测量时励磁电流不需要进入稳态，励磁时间短，也不需要恒流源来维持励磁电流的稳定段，可有效地降低功耗。但是，瞬态过程中的励磁电流和信号电压都处于动态变化过程，而且微分干扰不可忽略，这造成信号电压的幅值同时受到流量和时间的影响，信号电压和流量之间的关系难以确定。对于这一问题，该文献中先通过最小二乘法求解输出电压两个指数项的系数，再利用得到的系数间接求得与流速对应的结果，并通过对离线数据处理，验证了瞬态测量的可行性。但是，该方式求解过程较为复杂，不利于实时实现。

发明内容

本发明为了解决上述问题，采取以下技术方案：针对电磁流量计瞬态测量时信号电压同时受流量和时间影响的问题，分析了动态变化的励磁电流和信号电压，提出电压电流微分比值的处理方法，消除时间的影响，确定电压和电流微分比值与流量之间的关系，并在励磁电压为7V，励磁频率为1Hz，半周期励磁时间为8ms的情况下(此时与间歇励磁方式在相同时间内的励磁工作时间相当；信噪比也相对较好)，采集电压和电流数据进行了离线验证。然后，以DSP(数字信号处理器)为核心，研制了基于电压电流微分的瞬态电磁流量变送器，实时实现了瞬态测量方法。