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基于 Labview 的雙線(xiàn)圈電磁流量計(jì)技術(shù)研究
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發(fā)布時(shí)間：1970-01-01 08:00:00
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此文作者是安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院，邵 林。作者的觀點(diǎn)與論述與本公司無(wú)關(guān)，本公司只轉(zhuǎn)載了下，雙線(xiàn)圈的電磁流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用有效性還有待進(jìn)一步考證，本文僅供參考。
摘要：電磁流量計(jì)測(cè)量技術(shù)具有非接觸性、無(wú)污染和易檢測(cè)等特點(diǎn)，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)、冶金制造和醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。但由于傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)測(cè)量過(guò)程易受被測(cè)介質(zhì)和周?chē)h(huán)境的影響，致使測(cè)量精度和應(yīng)用范圍都受到較大的限制。為解決上述問(wèn)題，文章設(shè)計(jì)了一種基于 Labview 技術(shù)的雙線(xiàn)圈電磁流量計(jì)測(cè)量方法，應(yīng)用差值補(bǔ)償機(jī)制和自主學(xué)習(xí)的中值理論算法，經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)比較，該方法能夠大大提高電磁流量計(jì)測(cè)量的抗干擾能力和適用范圍，電磁流量計(jì)測(cè)量的精度達(dá)到1%以上，基本滿(mǎn)足電磁流量計(jì)測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
電磁測(cè)量技術(shù)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)激發(fā)線(xiàn)圈和接收線(xiàn)圈的相互作用檢測(cè)樣本的相關(guān)物理信息，利用時(shí)間量、電磁量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出被測(cè)樣本所需的物理參數(shù)。電磁測(cè)量的樣本須具有良好的磁導(dǎo)性，且被測(cè)樣本周邊為非磁導(dǎo)性介質(zhì)，這樣才能滿(mǎn)足電磁測(cè)量的基本條件。電磁流量計(jì)是電磁測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的典型代表，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用此技術(shù)對(duì)管道內(nèi)的鐵磁物質(zhì)進(jìn)行速度、流量等參數(shù)的檢測(cè);醫(yī)療領(lǐng)域利用此技術(shù)配以適當(dāng)?shù)妮o助介質(zhì)對(duì)人體的循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等進(jìn)行非接觸式檢查。傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)測(cè)量技術(shù)采用單線(xiàn)圈測(cè)量方法，此方法易受到外部信號(hào)的干擾，且測(cè)量精度也受到本身激發(fā)線(xiàn)圈電磁力的干擾，測(cè)量精度難以提高。為了較好地解決上述測(cè)量問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于Labview 技術(shù)的雙線(xiàn)圈電磁流量計(jì)測(cè)量方法，采用單激發(fā)線(xiàn)圈和雙接收線(xiàn)圈的差值補(bǔ)償機(jī)制，同時(shí)采用檢測(cè)系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)和中值理論算法，不斷優(yōu)化系統(tǒng)的精度。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬仿真，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)比較，該檢測(cè)方法能夠大大提高電磁測(cè)量的抗干擾能力和適用范圍，使得電磁流量計(jì)測(cè)量的精度達(dá)到 1%以上，基本滿(mǎn)足電磁流量計(jì)測(cè)量技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。
1 單線(xiàn)圈電磁流量計(jì)
1． 1 單線(xiàn)圈流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)
單線(xiàn)圈流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示，此結(jié)構(gòu)包括激發(fā)線(xiàn)圈、接收線(xiàn)圈和檢測(cè)管道。激發(fā)線(xiàn)圈產(chǎn)生勵(lì)磁電流磁化檢測(cè)管道內(nèi)的磁性物質(zhì)，接收線(xiàn)圈檢測(cè)由于磁化物質(zhì)移動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)。
1． 2 單線(xiàn)圈流量計(jì)通信協(xié)議
單線(xiàn)圈流量計(jì)采用單片機(jī)進(jìn)行樣本檢測(cè)和數(shù)據(jù)通信，設(shè)定流量計(jì)的通訊協(xié)議如表 1 所示。其中通訊接口為 ＲS485，波特率 9600，起始位1 位，數(shù)據(jù)位8 位，偶校驗(yàn)1 位，停止位1位，MODBUS － ＲTU 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
1． 3 單線(xiàn)圈流量計(jì)工作原理
如圖1 所示，激發(fā)線(xiàn)圈產(chǎn)生頻率固定的三角波勵(lì)磁信號(hào)磁化檢測(cè)管道中的樣本，當(dāng)被磁化的樣本移動(dòng)至接收線(xiàn)圈時(shí)將產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)。［1］ 設(shè)定激發(fā)時(shí)間為 t1 ，接收時(shí)間為t 2 ，激發(fā)線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間的距離為 s，樣本流速為 v，則有:
1． 4 單線(xiàn)圈流量計(jì)檢測(cè)分析
1． 4． 1 檢測(cè)波形
將圖1 所示的單線(xiàn)圈流量計(jì)安裝在輸送鐵礦漿管道上，且確保安裝管道部分為非鐵磁性物質(zhì)。單片機(jī)按上述的通信協(xié)議對(duì)鐵礦漿進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，利用示波器觀察分析采樣波形，采樣波形如圖2 所示。
在圖 2 所示中，勵(lì)磁電流(i lc )為三角波，噪聲(v z )為無(wú)勵(lì)磁信號(hào)時(shí)接收線(xiàn)圈檢測(cè)的噪聲信號(hào)，［2］ 接收信號(hào) 1(vr1 )為勵(lì)磁電流對(duì)接收線(xiàn)圈產(chǎn)生的互感電勢(shì)，接收信號(hào) 2(v r2 )為接收線(xiàn)圈檢測(cè)到被磁化的樣本感應(yīng)電勢(shì)。
1． 4． 2 流速計(jì)算
勵(lì)磁電流(i lc )為三角波，則最大勵(lì)磁電流為頂點(diǎn)，設(shè)定勵(lì)磁電流頂點(diǎn)為激發(fā)時(shí)間 t 1 ，由電磁感應(yīng)原理可得
1． 4． 3 系統(tǒng)誤差分析
根據(jù)電磁感應(yīng)原理，樣本被磁化時(shí)將產(chǎn)生與流速方向相反的電磁力，電磁力的大小為 F = BILsin θ。此電磁力將直接影響樣本的瞬時(shí)流速，給檢測(cè)系統(tǒng)帶來(lái)系統(tǒng)誤差。為了減小該系統(tǒng)誤差可以增加激發(fā)線(xiàn)圈與接收線(xiàn)圈之間的距離，但距離增大會(huì)使得被磁化樣本由于紊流的影響磁通量將逐漸變小。為解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種基于 Labview 的雙線(xiàn)圈電磁流量計(jì)，基本滿(mǎn)足檢測(cè)工藝的要求。
2 雙線(xiàn)圈電磁流量計(jì)
2． 1 雙線(xiàn)圈電磁流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)
雙線(xiàn)圈電磁流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。此結(jié)構(gòu)與圖 1相比多一個(gè)接收線(xiàn)圈 2，其他物理結(jié)構(gòu)與圖 1 相同，且雙線(xiàn)圈流量計(jì)的通信協(xié)議與單線(xiàn)圈基本一致，在此不再贅敘。
2． 2 雙線(xiàn)圈流量計(jì)工作原理
雙線(xiàn)圈流量計(jì)采用一個(gè)激發(fā)線(xiàn)圈和兩個(gè)接收線(xiàn)圈，當(dāng)激發(fā)線(xiàn)圈發(fā)出勵(lì)磁信號(hào)后，將分別在兩個(gè)接收線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。設(shè)定第一個(gè)接收線(xiàn)圈感應(yīng)電勢(shì)最大值時(shí)刻為 t 1 ，第二個(gè)接收線(xiàn)圈感應(yīng)電勢(shì)最大值時(shí)刻為 t 2 ，兩個(gè)線(xiàn)圈的實(shí)際距離分別為 s 1 和 s 2 ，被檢測(cè)樣本流速為 v s 。則:
