BURKERT流量计介质电导率与测量的关系

  BURKERT流量计介质电导率与测量的关系
    BURKERT流量计是根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器，传感器主要组成部分是：测量管、电、励磁线圈、铁芯与磁轭壳体。电磁流量计介质电导率与测量的关系：
    目前，BURKERT流量计转换路的输入阻抗已经大大进步了，导电性液体时通常不会由于介质电导率的变化而引起误差，但对于一定的转换器输入阻抗，被测介质的电导率有一个下限值min，不能低于该下限值。例如当电导率超过10－1（S／cm）左右时，就会降低流量信号，改变指示值，即指示流量值小于实际流量值。
    这是由于在电磁流量变送器中，磁场为有限长，被测的导电液体只有流过有限磁场时，才能产生感生电动势e。
    所以，代表流量信号的感生电动势e是磁场部门的导电液体切割磁力线的结果，磁场两端以外的导电液体没有对e作出任何贡献。相反，因为它们也是和两个电连通的，故也就构成了一部门外电路。当变送器与转换器连接在一起时，这部门外电路就与转换器输入阻抗相并联而成为变送器的负载。
    当被测介质的电导率很大时，外电路的电阻较小，达时无论转换器的输入阻抗有多高，并联的结果将取决于这部门液体外电路，从而减小变送器与转换器之间的传输精度。
    对BURKERT流量计来说不受介质电导率影响是有一定的范围的，被测介质电导率既不能太大，也不能太小。随着电子技术的发展，转换器输入阻抗的进步，必将可以降低被测介质电导率的下限。
    流量计用来指导挖泥船操作施工，防止堵管、闷耙，与密度测量设备一起使用构成产量计，为施工操作与管理提供决策数据，有利于提高施工效率。其测量介质为液固两相流体，有别于通常意义下的单一介质，测量难度大大增加。而电磁流量计（EMF）是根据电磁感应定律制成的一种测量导电性流体流量的仪表［1］。与现有各种流量仪表相比，其直线性好、测量准确度高、测量范围和适用范围广、耐腐蚀强，可以解决其他流量计不易解决的问题，如脏污流、腐蚀流等的测量［2］。
    BURKERT流量计大多存在零点漂移、转换精度不高、流速不稳、空管检测易失常等诸多问题。对此，我们进行了相关研究并提出相应改进措施，现已研发出一种专门用于挖泥船的新型电磁流量计，在耙吸式挖泥船上成功应用，取得了很好的效果。本文通过信号处理和空管检测功能详细介绍该新型挖泥船电磁流量计。
    BURKERT流量计转换器将此感应电动势测出，再根据线性关系式即可得出流速信号。图2为电磁流量计整体设计示意图。
    考虑到传感器出来的微弱信号容易在传输线上损耗，故而电信号调理板和空管检测功能板就近放置于传感器出线口，调理后经屏蔽线传输转换器上的主控电路。
    结构上管道本身就是个大的屏蔽体，防止励磁线圈磁场泄露，信号采用屏蔽线传输，减少线与线之间信号干扰，以及空间传播的干扰，信号的完整性。
    电路上采用双核主从式控制，方便流速测量及其空管检测，克服了以往电磁流量计需要配合密度计来使用的缺陷；同时利用微机技术，使其各方面大大提高，更加智能化，更加便于管理施工。
    2励磁方式的合理选择
    BURKERT流量计大多采用低频方波励磁方式，其主要特点是能避免零点漂移及无正交干扰，抗同相干扰能力较好［4］。但对于液固两相流体而言，当固体颗粒撞击电，表面电位变化形成尖峰状噪声，信号呈现大幅度波动。而低频方波励磁不能从硬件技术上消除这种由于冲击造成的干扰，要实现测量结果的稳定，只能通过调整励磁频率外加软件手段加以消除，但有两方面的缺陷：
    （1）挖泥船上工况复杂，挖泥工况与合适励磁频率匹配问题很难解决，只能通过现场不断调试较合适的频率参数。同一工地不同土质都需要改变频率参数，以目前的现场条件及技术水平，要做到这一步非常困难，目前基本上采用大体上可测量的单一频率。
    （2）采用软件滤波降低由冲击噪声产生的波动幅度，波动幅度平滑程度越高，则测量结果的真实性和实时性就越差，很多情况下会导致测量结果失真，尤其当高流速、固体含量高、大颗粒的工况。
    而采用工频（50Hz）电源交流励磁方式，消除了电表面的化于扰，抗固体颗粒撞击电形成尖峰状噪声能力强。由于磁场是交变的，所以输出信号也是交变信号，放大和转换低电平的交流信号要比直流信号容易得多。但注意的是，用交流励场会带来一系列的电磁干扰问题。例如正交干扰、同相干扰等，这些干扰信号与有用的流量信号混杂在一起。因此，如何正确区分流量信号与干扰信号，并如何有效地抑制和排除各种干扰信号，就成为交流励磁电磁流量计成功应用于液固两相流体测量的关键点。
    BURKERT流量计与测量管道的摩擦及对测量元件不定时的冲击，会产生高强度的干扰信号，常规信号处理技术会造成测量结果大幅度波动、回零等现象，情况严重时会失去测量意义。对于信号处理有两个难点：*，如何将微弱的流量信号与干扰信号区分开来；，如何测量的实时性和准确性。解决干扰的办法：
    （1）需要设计合理的回路结构，利用信号调理电路减少大部分干扰信号。
    （2）主控制电路上通过相敏检波等一系列硬件电路再结合软件进行相位补偿和零位补偿进一步消除正交干扰信号和同相干扰。　　为了测量的实时性和准确性，将励磁信号和感生电势信号进行数字滤波，再利用软件算法进行除法运算得到流速信号，借此来得到稳定的实时流速。