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金属管转子流量计信号采集方法的研究现状

2019-10-31    

  金属管转子流量计是应用广泛的流量计之一。它没有锥管破裂的风险,与玻璃管浮子流量计相比,使用温度和压力范围更宽,具有结构简单、直观、压力损失小、测量范围大、运行可靠性高、可测中小流量及低雷诺数流量、维护方便、寿命长、对仪表前后直管段长度要求不高等优点。 金属管转子流量计分为就地指示和远传指示两种,就地指示型即通过指针直接指示流量。远传型分为气远传和电远传两种:气动远传浮子流量计的特性及结构与电远传浮子流量计相似,只是远传信号是 0.02~0.1  MPa 的气压信号,由于其输出为标准气压信号,所以适于易爆的工艺流程,并可与气动单元组合仪表配套使用,进行流量测量和调节。 目前的信号远传方式还是以电远传为主,非常常用的电远传金属管转子流量计的结构是在就地指示型的基础上,再通过特定的机械结构带动差动变压器或者角位移传感器等,将浮子的位置信号转换为差动变压器的铁芯或者角位移传感器等的角位移,从而转换成标准电流、电压信号输出。其测量器件一般采用霍尔元件、磁阻元件和电容式角位移传感器等。   1.  霍尔元件传感器 置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差,这种现象称霍尔效应。在其他条件不变的前提下,电势差即为磁场方向的单值函数。 其优点是测量器件不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,无机械磨损,可靠性较高。但与此同时,霍尔元件传感器线路复杂,功耗大,市场上低功耗高精度的成熟器件较少。 温度漂移是影响霍尔式金属管转子流量计测量精度的主要因素之一,目前消除霍尔式金属管转子流量计温度漂移的方法主要包括硬件补偿和软件补偿的方法。硬件补偿的方法是通过增加额外的补偿电路来消除温度对电路输出的影响,但会增加电路的复杂程度,而且对于不同的工况缺乏相应的灵活性;软件补偿的方法需在硬件系统中增加温度传感器,并通过相应的补偿算法进行补偿,对程序编写方面要求较高。
2. 磁阻元件传感器 磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。同霍尔效应一样,磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。当半导体处于磁场中时,导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用,发生偏转,在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消,那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转,因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少,电阻增大,表现出横向磁阻效应。由于磁阻传感器电阻的相对变化率正比于磁场强度,因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量来表示磁阻效应的大小。 目前,磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。磁阻传感器功耗低,可靠性高,信号频率范围大,但需要配套的整形电路,结构相对复杂。 3.  电容式角位移传感器 角位移传感器是位移传感器的一种型号,采用非接触式设计,与同步分析器和电位计等其它传统的角位移测量仪相比,有效地提高了长期可靠性。它的设计独特,在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损的活动部件的前提下仍可保证测量精度。 电容式角位移传感器是在设定极板间距、介质相对介电常数等参数相对不变的条件下,利用电容有效正对面积的变化来检测角位移变化量的传感器。 在电容角位移式金属管转子流量计中,由于浮子内嵌磁钢,当浮子上下移动时,磁钢同时上下移动,与锥管外一端嵌有小磁钢的机械连杆机构形成内外磁钢磁路耦合,内磁钢的运动将引起外磁钢的位移,从而引起连杆转动一定角度,将浮子直线位移转换成连杆角度的位移,利用电容角位移传感器将其角度的变化转换为电容值的变化,再经信号处理电路将电容值的变化转化为电压信号,非常终使检测电路的输出信号幅值反映流体瞬时流量的大小。