電磁流量轉(zhuǎn)換器主要特點(diǎn)與性能

電磁流量轉(zhuǎn)換器的作用是把電磁流量傳感器輸出的毫伏級(jí)電壓信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)介質(zhì)體積流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)電流、電壓或頻率信號(hào)輸出，以便與以?xún)x表及調(diào)節(jié)器配合，實(shí)現(xiàn)流量的指示、記錄、調(diào)節(jié)和積算。

根據(jù)電磁流量傳感器的特點(diǎn)，要求轉(zhuǎn)換器具備以下幾個(gè)方面的性能：

1.線(xiàn)性放大能力

轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有高穩(wěn)定性能的線(xiàn)性放大器，能把毫伏級(jí)流量信號(hào)放大到足夠高的電平，并線(xiàn)性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。

2.能夠分辨和抑制各種干擾信號(hào)

根據(jù)不同的勵(lì)磁方式，轉(zhuǎn)換器應(yīng)有相應(yīng)的措施抑制或消除各干擾信號(hào)的影響。

對(duì)于正交干擾，除了傳感器中的干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)零外，轉(zhuǎn)換器中應(yīng)有分辨和抑制正交干擾的機(jī)構(gòu)，以消除傳感器中剩余的正交干擾信號(hào)。否則，這些干擾信號(hào)同樣會(huì)被轉(zhuǎn)換器的放大器放大，嚴(yán)重影響儀表工作。對(duì)正交干擾的抑制方法一般是將經(jīng)過(guò)主放大器放大后的正交干擾信號(hào)通過(guò)相敏檢波的方式鑒別分離出來(lái)，然后反饋到主放大器的輸入端，以抵消輸入端進(jìn)來(lái)的正交干擾信號(hào)。

對(duì)干同相干擾，由于產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，抑制的方法也較多。在傳感器方面，將電極和勵(lì)磁線(xiàn)圈在幾何形狀、尺寸以及性能參數(shù)上做得結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ(chēng)、并分別嚴(yán)格屏蔽，以減少電極與勵(lì)磁線(xiàn)圈之間的分布電容影響。另外，單獨(dú)、良好的接地也十分重要，減少接地電阻可以減小由于管道雜散電流產(chǎn)生的同相干擾電勢(shì)。在轉(zhuǎn)換器方面，通常是在轉(zhuǎn)換器的前置放大級(jí)采用差分放大電路，以利用差分放大器的高共模抑制比，使進(jìn)入轉(zhuǎn)換器輸入端的同相干擾信號(hào)得不到放大而被抑制。在轉(zhuǎn)換器的前置放大級(jí)中增加恒流源電路，能更好地抑制同相干擾。

對(duì)于方波勵(lì)磁，應(yīng)避開(kāi)上升沿和下降沿處的微分干擾采樣流量信號(hào)。

3.應(yīng)有足夠高的輸入阻抗

電磁流量轉(zhuǎn)換器必須有足夠高的輸入阻抗，以克服傳感器內(nèi)阻變化帶來(lái)的影響，提高測(cè)量精準(zhǔn)度。

由于電磁流量傳感器的內(nèi)阻很高，一般可高達(dá)幾十到幾百千歐（與被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率和電極直徑有關(guān)）。因此轉(zhuǎn)換器必須有足夠高的輸入阻抗，以提高測(cè)量準(zhǔn)確度和加長(zhǎng)傳輸信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)。如圖7-12所示為傳感器和轉(zhuǎn)換器的等效電路，圖中，e是傳感器產(chǎn)生的流量電勢(shì)信號(hào)，r是傳感器內(nèi)阻，RL為轉(zhuǎn)換器輸入阻抗，ex是轉(zhuǎn)換器接收到的流量電勢(shì)信號(hào)。

當(dāng)傳感器與轉(zhuǎn)換器連接在一起時(shí)，傳感器產(chǎn)生的流量信號(hào)電勢(shì)為e，而傳送給轉(zhuǎn)換器的信號(hào)僅為ex，顯然，ex〈e，有一部分信號(hào)電勢(shì)消耗在傳感器內(nèi)阻r上，根據(jù)歐姆定律可知

如果欲保證0.1%的傳輸精度，也就是ex≥0.999e，則r與RL之間必須滿(mǎn)足

從式7-9可以推得：RL≥0.999Fr≈1000r。

如果傳感器內(nèi)阻r為200kΩ，則為了保證0.1%的傳輸精度，轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗必須大于或等于200MΩ。如果傳感器內(nèi)阻再提高，則轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗也應(yīng)更高。

傳感器內(nèi)阻與被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率δ以及電極與介質(zhì)的接觸面積有關(guān)，對(duì)于通常采用的圓形電極來(lái)說(shuō)，如果電極直徑d相對(duì)于兩電極間的距離D很小時(shí)，可以近似地用下式來(lái)計(jì)算傳感器內(nèi)阻

假設(shè)電極直徑為1cm，則為使傳感器內(nèi)阻不超過(guò)200kΩ，被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率的*小值應(yīng)控制在

表7-3列出了部分液體(液體流量計(jì))的介質(zhì)電導(dǎo)率，從表中可以看出，這個(gè)電導(dǎo)率相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率。一般可以認(rèn)為這個(gè)值是目前通用電磁流量計(jì)可測(cè)量的介質(zhì)電導(dǎo)率下限。如果希望測(cè)量電導(dǎo)率更低的流體介質(zhì)而又不影響傳輸精度，則轉(zhuǎn)換器應(yīng)有更高的輸入阻抗。一般轉(zhuǎn)換器的*小輸入阻抗約達(dá)200MΩ，目前國(guó)內(nèi)一些較好的轉(zhuǎn)換器，輸入阻抗已可達(dá)10000MΩ以上。

轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗RL越高，測(cè)量時(shí)就越不容易受傳感器內(nèi)阻r變化的影響，可測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率下限也可降得越低，即擴(kuò)大了電磁流量計(jì)的應(yīng)用范圍。國(guó)外有特殊結(jié)構(gòu)的電磁流量計(jì)，用與液體不接觸的電極以電容方式傳送流量信號(hào)，可測(cè)電導(dǎo)率下限達(dá)10-8S/cm的液體。

4.應(yīng)能消除電源電壓和頻率波動(dòng)的影響

對(duì)于交流勵(lì)磁的電磁流量計(jì)，從式7-4可以看出，即使管徑D和平均流速u(mài)保持不變，當(dāng)電源電壓或頻率波動(dòng)時(shí)，也會(huì)使電勢(shì)信號(hào)e波動(dòng)。所以，在檢測(cè)流量信號(hào)時(shí)，如果只檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)e，就會(huì)使儀表的工作受電壓和頻率波動(dòng)的影響。為了消除電壓和頻率波動(dòng)的影響，可采用測(cè)量比值e/Bmsinwt，而不是僅測(cè)量e的方法。這樣，從流量的基本測(cè)量關(guān)系式7-5可知，當(dāng)管道直徑D固定時(shí)，所測(cè)得的信號(hào)e/Bmsinwt恰能反映流量qv，消除了電源電壓和頻率的影響。較早期的工頻勵(lì)磁電磁流量轉(zhuǎn)換器采用霍爾乘法器實(shí)現(xiàn)e/B的除法運(yùn)算，由于霍爾乘法器體積大，工藝復(fù)雜，穩(wěn)定性又較差，可用乘法電路代替霍爾乘法器。

對(duì)于方波勵(lì)磁的電磁流量計(jì)，由于B已基本不受電源的影響，所以不需要測(cè)量e/B，可直接避開(kāi)微分干擾采樣流量信號(hào)。