氣體羅茨流量計勵磁方式及其特點

   實踐表明，低頻矩形波勵磁氣體羅茨流量計在漿液性流體測量時，會有一種波動較大的干擾產(chǎn)生。我們稱為“漿液噪聲”或“尖狀干擾”。這種干擾使得測量的輸出大福度波動，影響讀數(shù)。理論與實踐證明這種干擾與勵磁頻率成反比例關(guān)系。有關(guān)這樣問題我們將在兩相流測量和信號特征部分進(jìn)行討論。這里說的是，低頻矩形波勵磁中出現(xiàn)的“漿液噪聲”是低頻矩形波勵磁氣體羅茨流量計的一個新的研究課題。

一、勵磁方式及其特點

      直流磁場感應(yīng)的電勢是直流電壓，需要使用直流放大器。由于受溫度變化的影響大，放大轉(zhuǎn)換直流電壓信號要比放大交流電壓信號更加困難。所以直流磁場只是在特殊的液態(tài)金屬測量的場合下使用很強(qiáng)的永磁磁場，感應(yīng)較大的信號不用放大，可直接應(yīng)用電位差進(jìn)行測量。

      在氣體羅茨流量計中，傳感器的工作磁場是由勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的。本節(jié)將討論勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、各種勵磁方式和它們的特點、系統(tǒng)的等效電路與磁路分析。

1.直流勵磁

      從上面敘述可以看到，勵磁方式的研究對于氣體羅茨流量計的應(yīng)用與發(fā)展顯得非常重要。隨著技術(shù)的進(jìn)步，也許不久的將來還會有更先進(jìn)、更完美的勵磁方式出現(xiàn)。

      勵磁方式?jīng)Q定著電磁流量什的抗干擾能力大小和零點穩(wěn)定性能的好壞。因此可以說，氣體羅茨流量計的發(fā)展歷史與勵磁方式的演變過程關(guān)系密切，不同的勵磁方式代表著不同時代的特征和技術(shù)進(jìn)步。從法拉第的時代開始利用地磁場測量泰晤士河水流速，到今天低頻矩形波、雙頻、可編程脈寬等智能化控制勵磁方式的出現(xiàn)，使氣體羅茨流量計不斷成熟、不斷完善，成為流量測量儀表中最重要的品種之一。圖3-3列出了各種勵磁方式，本節(jié)將就這些勵磁方式與特點分別討論。

      先進(jìn)的羅茨流量計制造企業(yè)，針對漿液流體測量和高速響應(yīng)性，應(yīng)用先進(jìn)的半導(dǎo)體元器件和單片計算機(jī)技術(shù)，研制各種相對于低頻(1/8一1/32工頻)的高頻矩形波勵磁(通常在100Hz左右，醫(yī)學(xué)上測量人體的血液流量計高達(dá)400Hz)和可編程脈寬勵磁的氣體羅茨流量計，并利用單片計算機(jī)的存貯和運(yùn)算功能，從數(shù)據(jù)采集與軟件上做尖狀干擾處理，以改善漿液測量和高速響應(yīng)性的性能。

5. 雙頻勵磁

      交流勵磁最大的缺點是由于電磁感應(yīng)造成的正交干擾、同相干擾，如圖3一5所示。它們影響著流量計測量線性度和零點的穩(wěn)定性。對于這些干擾產(chǎn)生的原因，后面將要詳細(xì)地討論。其次，由于交流勵磁的電磁感應(yīng)，磁路、測量管和流體將產(chǎn)生渦流損失和滋滯損失，增大儀表的功率損耗。

      高頻矩形波勵磁和可編程脈寬勵磁電磁流最計可能失掉一些低頻矩形波勵磁零點穩(wěn)定的特性，只能是一種適合特定場合應(yīng)用的流量計。同時，由于高頻勵磁可能引起傳感器磁路的渦流損失和磁滯損失增加，磁路結(jié)構(gòu)與應(yīng)用的磁性材料比低頻矩形波勵磁要求高一些。

4. 高頻矩形波勵磁與可編程脈寬矩形波勵磁

在流量測量中，流量計對流量脈動變化的響應(yīng)快慢，是反應(yīng)其靈敏度的一個重要特性，它對于脈動流量的測量和短時間內(nèi)總量計量非常重要。比如在食品工業(yè)中飲料、酒類定量灌裝，要求反應(yīng)速度要快于0.2s。流量計的反應(yīng)速度取決于最短的阻尼時間。一般阻尼時間是一個RC積分環(huán)節(jié)。從數(shù)學(xué)上我們知道，一要滿足0.1%以上的測量精度，工作頻率應(yīng)該比儀表反應(yīng)的速度高一個數(shù)量級。譬如反應(yīng)速度0.2s，工作周期應(yīng)該為0.02s，即磁場的工作頻率應(yīng)為50Hz。顯然，低頻矩形波勵磁零點穩(wěn)定性變好了，但是犧牲了氣體羅茨流量計測量的響應(yīng)速度快的特點，成為低頻矩形波勵磁的一個缺點。