氣體羅茨流量計(jì)勵(lì)磁方式及其特點(diǎn)

   實(shí)踐表明，低頻矩形波勵(lì)磁氣體羅茨流量計(jì)在漿液性流體測(cè)量時(shí)，會(huì)有一種波動(dòng)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(cè)量的輸出大福度波動(dòng)，影響讀數(shù)。理論與實(shí)踐證明這種干擾與勵(lì)磁頻率成反比例關(guān)系。有關(guān)這樣問(wèn)題我們將在兩相流測(cè)量和信號(hào)特征部分進(jìn)行討論。這里說(shuō)的是，低頻矩形波勵(lì)磁中出現(xiàn)的“漿液噪聲”是低頻矩形波勵(lì)磁氣體羅茨流量計(jì)的一個(gè)新的研究課題。

一、勵(lì)磁方式及其特點(diǎn)

      直流磁場(chǎng)感應(yīng)的電勢(shì)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(hào)要比放大交流電壓信號(hào)更加困難。所以直流磁場(chǎng)只是在特殊的液態(tài)金屬測(cè)量的場(chǎng)合下使用很強(qiáng)的永磁磁場(chǎng)，感應(yīng)較大的信號(hào)不用放大，可直接應(yīng)用電位差進(jìn)行測(cè)量。

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

1.直流勵(lì)磁

      從上面敘述可以看到，勵(lì)磁方式的研究對(duì)于氣體羅茨流量計(jì)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(lái)還會(huì)有更先進(jìn)、更完美的勵(lì)磁方式出現(xiàn)。

      勵(lì)磁方式?jīng)Q定著電磁流量什的抗干擾能力大小和零點(diǎn)穩(wěn)定性能的好壞。因此可以說(shuō)，氣體羅茨流量計(jì)的發(fā)展歷史與勵(lì)磁方式的演變過(guò)程關(guān)系密切，不同的勵(lì)磁方式代表著不同時(shí)代的特征和技術(shù)進(jìn)步。從法拉第的時(shí)代開(kāi)始利用地磁場(chǎng)測(cè)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(lì)磁方式的出現(xiàn)，使氣體羅茨流量計(jì)不斷成熟、不斷完善，成為流量測(cè)量?jī)x表中最重要的品種之一。圖3-3列出了各種勵(lì)磁方式，本節(jié)將就這些勵(lì)磁方式與特點(diǎn)分別討論。

      先進(jìn)的羅茨流量計(jì)制造企業(yè)，針對(duì)漿液流體測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)，研制各種相對(duì)于低頻(1/8一1/32工頻)的高頻矩形波勵(lì)磁(通常在100Hz左右，醫(yī)學(xué)上測(cè)量人體的血液流量計(jì)高達(dá)400Hz)和可編程脈寬勵(lì)磁的氣體羅茨流量計(jì)，并利用單片計(jì)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(cè)量和高速響應(yīng)性的性能。

5. 雙頻勵(lì)磁

      交流勵(lì)磁最大的缺點(diǎn)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(jì)測(cè)量線性度和零點(diǎn)的穩(wěn)定性。對(duì)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(lì)磁的電磁感應(yīng)，磁路、測(cè)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(lì)磁和可編程脈寬勵(lì)磁電磁流最計(jì)可能失掉一些低頻矩形波勵(lì)磁零點(diǎn)穩(wěn)定的特性，只能是一種適合特定場(chǎng)合應(yīng)用的流量計(jì)。同時(shí)，由于高頻勵(lì)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(lì)磁要求高一些。

4. 高頻矩形波勵(lì)磁與可編程脈寬矩形波勵(lì)磁

在流量測(cè)量中，流量計(jì)對(duì)流量脈動(dòng)變化的響應(yīng)快慢，是反應(yīng)其靈敏度的一個(gè)重要特性，它對(duì)于脈動(dòng)流量的測(cè)量和短時(shí)間內(nèi)總量計(jì)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(jì)的反應(yīng)速度取決于最短的阻尼時(shí)間。一般阻尼時(shí)間是一個(gè)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(cè)量精度，工作頻率應(yīng)該比儀表反應(yīng)的速度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。譬如反應(yīng)速度0.2s，工作周期應(yīng)該為0.02s，即磁場(chǎng)的工作頻率應(yīng)為50Hz。顯然，低頻矩形波勵(lì)磁零點(diǎn)穩(wěn)定性變好了，但是犧牲了氣體羅茨流量計(jì)測(cè)量的響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，成為低頻矩形波勵(lì)磁的一個(gè)缺點(diǎn)。