非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的初步實(shí)驗(yàn)
本文中提到，測(cè)量非滿(mǎn)管流體流量需要兩個(gè)參數(shù)，液位值和流速。液位值的測(cè)量由差壓傳感器完成。而流速信號(hào)的測(cè)量是直接反應(yīng)為，對(duì)電極之間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量。本章對(duì)非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)的初步實(shí)驗(yàn)。
5．1差壓傳感器
按照設(shè)計(jì)方案，流體的液位值通過(guò)差壓傳感器的輸出來(lái)獲得。差壓傳感器可以選擇druck公司的lp8000系列的高靜壓濕一濕微差壓變送器。本文中的實(shí)驗(yàn)采用的流體介質(zhì)均為自來(lái)水，因此，選擇傳感器的測(cè)量范圍在1kpa內(nèi)即可。該款傳感器采用的是電渦流測(cè)量系統(tǒng)，使微位移敏感器膜片能在其彈性極限內(nèi)工作良好，該敏感器可保證器高性能與長(zhǎng)期的可靠性，在很寬的范圍內(nèi)也能很好的工作。它可以準(zhǔn)確測(cè)量到滿(mǎn)量程1kpa到1mpa的氣體液體的低差壓或者相對(duì)壓力， 同時(shí)可以選擇標(biāo)準(zhǔn)兩線制電流輸出(4～20ma)?，F(xiàn)將該款差壓傳感器的參數(shù)列在表5．1中。表5-1差壓傳感器性能參數(shù)
5．2流量實(shí)驗(yàn)
5．2．1流量實(shí)驗(yàn)裝置
由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文僅對(duì)流動(dòng)介質(zhì)是水進(jìn)行了相關(guān)了實(shí)驗(yàn)。本論文中采用的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5．1所示。實(shí)驗(yàn)裝置由蓄水池、水泵、水穩(wěn)壓罐、標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)、實(shí)驗(yàn)用非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器組成。實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖5．2所示，在實(shí)驗(yàn)中，使用的標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)是精度為0．5級(jí)的電磁流量計(jì)。實(shí)驗(yàn)中流體的瞬時(shí)流量測(cè)量范圍為0～13m3／h。第3章的3．3節(jié)提到的電極信號(hào)的處理方法中，應(yīng)用7乘法器提取直流分量的辦法，但是由于實(shí)際電路中，乘法器的輸入會(huì)受到工頻干擾等，因此乘法器的輸出結(jié)果受影響較大。初始實(shí)驗(yàn)中采用了乘法器的輸入端信號(hào)，即高通濾渡的輸出信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采集，可以提高信噪比，數(shù)據(jù)使用tektronix tds 3032b 雙通道數(shù)字示波器采樣保存． 術(shù)穩(wěn)睡撩目5l宴驗(yàn)裝置圖囤5．2實(shí)驗(yàn)裝置示意囤
實(shí)驗(yàn)用的非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的實(shí)物圖如圖5．3所示．從該圖中可以看到實(shí)驗(yàn)用的非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的傳感器和轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分咀及前后直管段的管道裝置圖．實(shí)際的實(shí)驗(yàn)裝置中管道的營(yíng)徑是$0nun，但是由于實(shí)際加工條件的限制， 要在非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的傳感器中要放置3對(duì)測(cè)量電極，管徑至少要做到100mm．因此，就在宴際實(shí)驗(yàn)的管道連接中，設(shè)計(jì)了50mm到100nun的轉(zhuǎn)換連接管段，該轉(zhuǎn)換連接管段的裝置圖如圖5a所示。囤5．3非滿(mǎn)管電磁漉量計(jì)實(shí)糟目
5．2．2信號(hào)的fft濾波
由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中硬件電路在任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可能加入工頻干擾，因此有用信號(hào)中會(huì)淹沒(méi)在工頻干擾信號(hào)中，使用fft濾波1451可以干凈地將干擾信號(hào)去除。下面首先給出采用示波器采集到的部分原始信號(hào)圖。圖5．5給出了在第2章的2．2節(jié)中提到的，反饋電阻兩端的電壓值昧信號(hào)圖， 該信號(hào)的頻率與勵(lì)磁電流的頻率相同，間接地反映出了勵(lì)磁信號(hào)。“ 時(shí)域信號(hào)圖5．5反饋電阻上的娠信號(hào)圖下文將給出，在頻率為5hz的勵(lì)磁電流時(shí)，小流量和大流量下信號(hào)比較圖。圖5．6是在勵(lì)磁信號(hào)相同時(shí)，當(dāng)瞬時(shí)流量為0m3／h和12m3／h，采集兩個(gè)不同流量下的電壓信號(hào)對(duì)比圖。很明顯的可以看出，隨著流量從小到大，電壓值也由小到大變化。且兩個(gè)流量下的信號(hào)頻率均與勵(lì)磁信號(hào)頻率相同，但是發(fā)現(xiàn)存在著很多干擾信號(hào)。下文中，將利用fft濾波可以解決除了有用信號(hào)之外的干擾信號(hào)問(wèn)題。流量為0m31h下的時(shí)域信號(hào)o o 2 o 4 o 6 08時(shí)靚1 2 1 4 1 6 1 8 2 流量為1297m3th下的時(shí)域信號(hào)o o 2 o 4 o 6 o 8州‰1 2 1 4 1 5 1 8 2 圈5．6相同勵(lì)磁電流，不同瞬時(shí)漉量下的電壓信號(hào)對(duì)比田實(shí)驗(yàn)用的勵(lì)磁信號(hào)的頻率為5hz，電極測(cè)得的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)頻率應(yīng)該也是5hz，fft的保留信號(hào)的頻率范圍選取的范固是1～10hz。下面將給出非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)在滿(mǎn)管情況下，對(duì)電極在瞬時(shí)流量為11 05m3／h時(shí)的fft濾波前后的信號(hào)。下圖5 7所示的為fft濾波前的信號(hào)和原始振幅譜，田5．8所示的是fft濾波之后，經(jīng)過(guò)[fft的時(shí)域信號(hào)圉和振幅譜。從圖510中可以看出信號(hào)在進(jìn)行fft濾波前，夾雜著很多的干擾信號(hào)，經(jīng)分析，干擾信號(hào)的主要成分是工頻干擾，從該副圖中的不同頻率信號(hào)的振幅譜， 也可以看出，在50hz的地方有振幅，也說(shuō)明7干擾信號(hào)主要是王頻干擾。盡管在示波器采樣的前一級(jí)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了硬件的低通濾波． 從圖5．11的fft濾波之后退回到時(shí)域中的信號(hào)可以看出，干擾信號(hào)已經(jīng)全部被濾掉，并且波形沒(méi)有出現(xiàn)較大的失真，保留了有用信號(hào)．同時(shí)，觀察圉5 10 和圖s ilfft濾波前后的振幅諾，可以得到結(jié)論是，濾最前后有用信號(hào)的振幅并沒(méi)有改變，很穩(wěn)定，兩者是相同的。因此，也驗(yàn)證了流速實(shí)驗(yàn)中使用fft濾波后的有用信號(hào)的振幅作為實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)是可行并可靠的。原始時(shí)域信號(hào)時(shí)間，s 原始振幅譜頻率／hz 圖5．7 fft濾波前的原始信號(hào)和振幅譜濾波后的時(shí)域信號(hào)時(shí)間，s 頻率／i-iz 圖5．8 fft濾波后的時(shí)域信號(hào)和振幅譜
5．2．3三對(duì)電極的滿(mǎn)管實(shí)驗(yàn)
下面將給出每對(duì)電極的三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖5．9至圖5．14中的1st表示為次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，2nd為表示第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，3rd表示為第三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果。每一次￡覃lh腳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果由三次連續(xù)采樣的平均值求得，第二次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后5分鐘進(jìn)行采集，第三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后5分鐘進(jìn)行采集。圖5．9，5．10和5．11分別是對(duì)電極，第二對(duì)電極和第三對(duì)電極的三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，表征了瞬時(shí)流量與fft濾波后的有用信號(hào)的振幅(圖中的縱坐標(biāo)電壓值)之間的關(guān)系。圖5．9對(duì)電極瞬時(shí)流量值與電壓值實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系圖圖5．10第二對(duì)電極瞬時(shí)流量值與電壓值實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系圖圖5．11第三對(duì)電極瞬時(shí)流量值與電壓值實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系圖從圖5．9至圖5．11中，可以看出每一次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性良好，但是低流量下的電壓值影響了整個(gè)流量范圍下瞬時(shí)流量值與電壓值之間的線性度。影響這一結(jié)果主要是由于，流量實(shí)驗(yàn)室中的管徑為50mm，流量范圍為o～13m3／h，但是本文中設(shè)計(jì)的非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的測(cè)量管管徑為loomm，測(cè)量管管徑擴(kuò)大了一倍，相當(dāng)于在同一時(shí)刻，管徑loomm中流體的流速為管徑50mm中流體流速的1／4。因此，低流量情況下帶來(lái)的低流速難以測(cè)量準(zhǔn)確，誤差較大，該問(wèn)題導(dǎo)致了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)的線性度不好。鑒于低流量情況下造成的誤差，下圖5．12至5．14中，去除了低流量下的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行線性擬合，線性擬合的結(jié)果如表5．2所示。圖5．12對(duì)電*流量下流量與電壓值的擬合結(jié)果圖5．13第二對(duì)電*流量下流量與電壓值的擬合結(jié)果圖5．14第三對(duì)電*流量下流量與電壓值的擬合結(jié)果通過(guò)觀察圖5．12至5．14以及表5．2，從中可以看出，去除了低流量下的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行線性擬合，線性度較好，比較每對(duì)電極的3次實(shí)驗(yàn)，還可以發(fā)現(xiàn)，第二次實(shí)驗(yàn)與第三次實(shí)驗(yàn)的線性擬合結(jié)果較之次實(shí)驗(yàn)的線性擬合結(jié)果， 重復(fù)性更好，這主要是由于次實(shí)驗(yàn)在每一個(gè)不同流量下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，瞬時(shí)流量的穩(wěn)定性不好，影響了流速的分布，而后面兩次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集均是經(jīng)過(guò)了5分鐘和10分鐘的間隔，這個(gè)時(shí)候的流體穩(wěn)定性較好，因此，這兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性也較好。
5．2．4三對(duì)電極的非滿(mǎn)管實(shí)驗(yàn)
本文在不同液位值和流量下，用該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了初步的非滿(mǎn)管實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。表5．3三對(duì)電極非滿(mǎn)管實(shí)驗(yàn)結(jié)果液位(mm) 測(cè)量的瞬時(shí)流量值(m3／}1) 標(biāo)準(zhǔn)表瞬時(shí)流量(m3／11) 誤差42．7 2．15 2．1 2．59％ 55．7 2．0l 2．57 ．21．63％ 60．6 3．42 3．1 10．63％ 69．3 2．5 2．98 —15．94％ 72．9 4．11 3．45 19．18％ 75．5 3．32 3．33 ．0．28％ 79．9 3．52 3．72 ．5．74％ 84．9 3．93 4．1 -4．25％ 90．7 4．74 4．52 4．81％ 96．3 4．76 4．94 ．3．6l％ 99．7 5．28 5．35 ．1．14％ 從上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，可以看出，在流量和液位值相對(duì)都比較小的情況下， 測(cè)量誤差較大，隨著液位值和流量的變大，測(cè)量誤差值明顯減小。從標(biāo)準(zhǔn)表的流量值，可以看出，該非滿(mǎn)管實(shí)驗(yàn)是在小流量下完成的。在現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)條件下，加大流量到和滿(mǎn)管實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的流量一樣大時(shí)，非滿(mǎn)管條件很難成立，因此，實(shí)驗(yàn)不得不在小流量情況下完成。前面已經(jīng)提到了在小流量的情況下，流體的流速較小，且流體在非滿(mǎn)管的情況下，流速分布不會(huì)*對(duì)稱(chēng)，和理想情況下滿(mǎn)管的流速對(duì)稱(chēng)分布不一致，這樣會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確。而隨著流量的加大(即，流速的提高)和液位值變大，流體狀態(tài)越來(lái)越接近與滿(mǎn)管，測(cè)量效果也相對(duì)變得較好。
5．3本章小結(jié)
本章進(jìn)行了非滿(mǎn)管智能電磁流量計(jì)的初步實(shí)驗(yàn)，包括液位標(biāo)定實(shí)驗(yàn)、滿(mǎn)管狀態(tài)和非滿(mǎn)管狀態(tài)下的多電極對(duì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和分析。實(shí)際測(cè)得的液位值擬合的直線與理論相比，線性度較好，符合理論結(jié)果。流體為滿(mǎn)管狀態(tài)下，對(duì)多對(duì)電極的實(shí)驗(yàn)表明，每對(duì)電極的線性度擬合度和重復(fù)性均較好；而流體在非滿(mǎn)管狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)表明，小流量和液位值較小時(shí)，實(shí)際對(duì)非滿(mǎn)管流動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大， 在流量值和液位值較大的情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與理論值的誤差相對(duì)較小，初步證明了該非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的有效性。--擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：