專利名稱：電磁流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量檢測領(lǐng)域，特別地，更涉及一種適用于含有漿料的液體的流量測量的電磁流量計。
背景技術(shù)：
電磁流量計通過勵磁線圈將磁場施加給被測流體，被測流體在磁場中運動感應(yīng)出感應(yīng)電動勢，檢測并處理該電動勢信號即可獲得流體流速，從而實現(xiàn)流量測量。當(dāng)前，勵磁方式主要是低頻方波勵磁，即由恒流源給勵磁線圈供電，不斷地切換勵磁線圈中電流的方向，使得勵磁電流在正負(fù)恒定值之間周期地變化。在勵磁電流恒定期間，電磁流量傳感器輸出信號能夠獲得穩(wěn)定的零點。由于傳感器的信號十分微弱，為減小工頻干擾，提高測量的穩(wěn)定性，其勵磁頻率，局限于工頻(通常為50Hz)的偶數(shù)倍分頻，如25Hz、12. 5Hz、8. 333Hz、6. 25Hz等，其分頻倍 數(shù)分別為2、4、6、8倍等。采用偶數(shù)倍可以減小工頻干擾的原理為勵磁周期為20ms的偶數(shù)倍，使得正負(fù)勵磁半周期為20ms的整數(shù)倍，這樣正負(fù)勵磁時，工頻干擾相同，在運算時，可以相抵。此外對于25Hz等相對較高的勵磁頻率，工頻干擾在信號中所占的比例較高，因此干擾能否相抵，就顯得非常重要。對于紙漿等漿料的流量測量，一方面，電磁流量計的輸出受到低頻噪聲的嚴(yán)重干擾，必須使用較快的頻率(1/f，頻率越高噪聲越小)，以減少噪聲的影響，實現(xiàn)對漿料流體的測量以及提高流量計的動態(tài)響應(yīng)性能；另一方面，隨著電磁流量計口徑的增大，例如150mm 口徑的傳感器，25Hz的勵磁頻率，周期變短，勵磁電流就不容易進入穩(wěn)態(tài)，從而傳感器輸出信號就不易獲得穩(wěn)定的零點，誤差較大。而傳統(tǒng)上，若不選擇25Hz的勵磁頻率，電磁流量計的下一個可選的勵磁頻率為12. 5Hz，而12. 5Hz的勵磁頻率又顯較低，易受低頻噪聲的影響。傳統(tǒng)的電磁流量計由于工頻干擾，不能使用介于12. 5Hz至25Hz之間的勵磁頻率，因此就會出現(xiàn)這樣的情形當(dāng)電磁流量計的口徑大于IOOmm時，便會因為使用頻率較低的12. 5Hz，易受到低頻噪聲的影響較大。此外，較低的勵磁頻率，還易使轉(zhuǎn)換器中的放大器飽和，從而使輸出大幅波動。因此對于紙漿等含漿料的液體，一般不使用方波勵磁電磁流量計，而使用價格相對昂貴的交流勵磁等電磁流量計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電磁流量計，能夠產(chǎn)生具有為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率的勵磁電流，以解決現(xiàn)有技術(shù)中因勵磁電流的勵磁頻率僅限于工頻的偶數(shù)倍分頻而造成電磁流量計在避免受到低頻噪聲干擾和輸出穩(wěn)定兩者之間不能很好兼顧的問題。本發(fā)明提供一種電磁流量計的檢測裝置，包括傳感器和轉(zhuǎn)換器，所述傳感器包括勵磁線圈、電極、導(dǎo)管，所述轉(zhuǎn)換器包括勵磁驅(qū)動、中央處理單元、電極信號測量單元，所述的勵磁驅(qū)動電路發(fā)出勵磁電流；所述勵磁電流具有為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率?？蛇x地，所述勵磁電流為方波勵磁。
可選地，所述為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率包括f = F*n/m，其中，f為勵磁頻率，F(xiàn)為工頻頻率，n為大于I的奇數(shù)，m為偶數(shù)，n/m為不可約分?jǐn)?shù)?？蛇x地，所述勵磁頻率的選項有工頻的3/4倍分頻、3/8倍分頻、5/8倍分頻、7/8倍分頻、5/12倍分頻、7/12倍分頻、11/12倍分頻、3/16倍分頻、5/16倍分頻、7/16倍分頻、9/16倍分頻、11/16倍分頻、13/16倍分頻和15/16倍分頻。可選地，所述工頻為50Hz，所述勵磁頻率的選項有9. 375Hz、15. 625Hz、18. 75Hz、20. 83Hz、21. 875Hz、28. 125Hz、29. 17Hz、31. 25Hz、34. 375Hz、37. 5Hz、40. 625Hz、43. 75Hz、45.83Hz、46. 875Hz?？蛇x地，所述工頻為50Hz，所述勵磁頻率為18. 75Hz。本發(fā)明的電磁流量計，其產(chǎn)生的勵磁電流的勵磁頻率并不僅限于為工頻的偶數(shù)倍分頻，更創(chuàng)造性地提供了為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率，使得勵磁頻率有更大的選擇空間，選取其中合適的最快的勵磁頻率，不僅有助于減小漿料的低頻噪聲(1/f，頻率越低噪聲越大)的影響，實現(xiàn)對漿料流體的測量以及提高流量計的動態(tài)響應(yīng)性能，而且可以相對降低插值誤差，有助于輸出穩(wěn)定，從而兼顧將低頻噪聲干擾影響降至最低以及輸出穩(wěn)定。


圖I為本發(fā)明的一種電磁流量計的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中時序控制電路的原理圖；圖3為在勵磁頻率為工頻的3/8倍分頻時的控制信號的時序圖；圖4為在勵磁頻率為工頻的3/8倍分頻時的電極信號的仿真圖形。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的電磁流量計中，存在的問題包括勵磁電流的勵磁頻率僅限于工頻的偶數(shù)倍分頻，相鄰兩級勵磁頻率的間隔較大，選擇余地非常小，造成電磁流量計在避免受到低頻噪聲干擾和輸出穩(wěn)定兩者之間不能很好兼顧的問題。因此，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種電磁流量計，主要是對其中的勵磁電流的勵磁頻率作了擴展，突破了以往勵磁頻率僅限于工頻的偶數(shù)倍分頻的限制，使得勵磁頻率也可以是工頻的非偶數(shù)倍分頻，相鄰兩級勵磁頻率的間隔較小，選擇余地更大，實現(xiàn)將低頻噪聲干擾影響降至最低以及輸出穩(wěn)定的兼顧。以下將通過具體實施例來對本發(fā)明的電磁流量計進行詳細說明。圖I顯示了本發(fā)明的一種電磁流量計的結(jié)構(gòu)示意圖。需說明的是，在本發(fā)明中，是以產(chǎn)生方波勵磁的電磁流量計為例進行說明的(在如下描述中以“方波勵磁電磁流量計”作稱)。如圖I所示，方波勵磁電磁流量計包括傳感器I和與傳感器I相連的轉(zhuǎn)換器2。傳感器I包括流動有被測流體(例如為紙漿等漿料)的測量管10，與被測流體相接觸且對向配置在測量管10上的一對電極12a、12b，設(shè)于測量管10的外壁面上、向被測流體施加與一對電極12a、12b構(gòu)成的電極軸相垂直的磁場的一對勵磁線圈14a、14b,以及信號公共端16。轉(zhuǎn)換器2包括電源模塊21、工頻追蹤器22、單片機23、時序控制電路24、勵磁驅(qū)動電路25、信號放大器26、模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27，顯示器28。
電源模塊21，用于向各個用電單元輸出工作電源，所述工作電源為24V的交流電或直流電，也可以是Iiov的交流電或220V交流電(根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境而定)。工頻追蹤器22，用于輸出工頻信號。在本實施例中，根據(jù)我國的實際情況，輸出的所述工頻信號為50Hz。當(dāng)然，并不僅限于此，在其他情況下，所述工頻信號也可以是規(guī)定的其他頻率(例如為60Hz)。
單片機23，用于檢查工頻追蹤器22的輸出，根據(jù)或不根據(jù)工頻追蹤器22的輸出，經(jīng)時序控制電路24，發(fā)出勵磁控制信號至勵磁驅(qū)動電路25。勵磁驅(qū)動電路25，用于根據(jù)所接收的由單片機23經(jīng)由時序控制電路24發(fā)出的勵磁控制信號，向傳感器I的勵磁線圈14a、14b發(fā)出激勵,使得在勵磁線圈14a、14b上產(chǎn)生勵磁電流。在實際應(yīng)用中，勵磁線圈14a、14b上的勵磁電流產(chǎn)生的勵磁電場和測量管10內(nèi)被測流體的流動，使傳感器I的電極12a、12b上會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生(即電極信號)，所述電極信號傳至信號放大器26，在時序控制電路24的作用下，信號放大器26的輸出，經(jīng)模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳至單片機23，單片機23經(jīng)過運算，得到與被測流體對應(yīng)的流量測量結(jié)果，并在顯示單元28上將所述流量測量結(jié)果予以顯示。另外，在顯示單元28上可以設(shè)置有按鍵，用戶可以通過按鍵設(shè)定參數(shù)。圖2為時序控制電路24的原理圖。A’、B’、與C’與單片機23相連，由程序確定。當(dāng)單片機23發(fā)出控制信號CLK至D觸發(fā)器的CLK腳時，A ’、B’、與C’的電平傳至D觸發(fā)器的輸出A、B、C，其中A、B為模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27的控制端，C為勵磁控制端。單片機23發(fā)出控制信號的方法可以利用軟硬件結(jié)合，由軟件程序設(shè)定時間，在時間到達時，由硬件自動發(fā)出CLK信號，如此可以達到良好的精度，其精度要優(yōu)于I微妙，因此模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27的控制端A、B與勵磁控制端C均具有良好的時間精度。在上述描述中可知，勵磁驅(qū)動電路25向傳感器I的勵磁線圈14a、14b發(fā)出激勵，使得在勵磁線圈14a、14b上產(chǎn)生勵磁電流。在本實施例中，勵磁電流主要為低頻方波勵磁，即由恒流源給勵磁線圈14a、14b供電，不斷地切換勵磁線圈14a、14b中電流的方向，使得勵磁電流在正負(fù)恒定值之間周期地變化。在本發(fā)明中，主要是對其中的勵磁電流的勵磁頻率作了擴展，突破了以往勵磁頻率僅限于工頻的偶數(shù)倍分頻的限制，使得勵磁頻率也可以是工頻的非偶數(shù)倍分頻。對于工頻的非偶數(shù)倍分頻，在本實施例中，具體地，所述為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率為f = F*n/m,其中，f為勵磁頻率,F為工頻頻率,n為大于I的奇數(shù),m為偶數(shù)，n/m為不可約分?jǐn)?shù)?？蛇x地，所述勵磁頻率的選項有工頻的3/4倍分頻、3/8倍分頻、5/8倍分頻、7/8倍分頻、5/12倍分頻、7/12倍分頻、11/12倍分頻、3/16倍分頻、5/16倍分頻、7/16倍分頻、9/16倍分頻、11/16倍分頻、13/16倍分頻和15/16倍分頻。具體來講，以工頻的1/4倍分頻為例，所述勵磁頻率可以為工頻的3/4倍分頻；當(dāng)工頻為50Hz時，所述勵磁頻率則可以為37. 5Hz。以工頻的1/8倍分頻為例，所述勵磁頻率可以為工頻的3/8倍分頻、5/8倍分頻、7/8倍分頻；當(dāng)工頻為50Hz時，所述勵磁頻率則分別可以為18. 75Hz、31. 25Hz、43. 75Hz。以工頻的1/12倍分頻為例，所述勵磁頻率可以為工頻的5/12倍分頻、7/12倍分頻、11/12倍分頻；當(dāng)工頻為50Hz時，所述勵磁頻率則分別可以為20. 83Hz,29. 17Hz、45. 83Hz。而以工頻的1/16倍分頻為例，所述勵磁頻率可以為工頻的3/16倍分頻、5/16倍分頻、7/16倍分頻、9/16倍分頻、11/16倍分頻、13/16倍分頻、15/16倍分頻；當(dāng)工頻為50Hz時，所述勵磁頻率則分別可以為9. 375Hz、15. 625Hz、21. 875Hz、28. 125Hz、34. 375Hz、40. 625Hz、46. 875Hz。需說明的是，本發(fā)明并不僅限于上述描述中所舉數(shù)值的勵磁頻率。實際上，那些為工頻的1/2、1/4倍分頻、1/8倍分頻、1/12倍分頻、1/16倍分頻的勵磁頻率也可以適用于本發(fā)明。即所述勵磁頻率的選項還可以包括工頻的1/2倍分頻、1/4倍分頻、1/8倍分頻、1/12倍分頻和1/16倍分頻。當(dāng)工頻為50Hz時，所述勵磁頻率則還分別包括25Hz、12. 5Hz、6.25Hz、4. 17Hz、3. 125Hz。圖3顯示在勵磁頻率為工頻的3/8倍分頻時的控制信號的時序圖。在這里，假設(shè)工頻為50Hz，則所述勵磁頻率為18. 75Hz。如圖3所示，波形I為工頻50Hz方波整形后的 波形；波形2為模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27的時序控制端A的波形；波形3為模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27的時序控制端B的波形；波形4為勵磁控制端輸出的勵磁電流的波形，波形4的頻率勵磁即為18. 75Hz。從圖3可以看出，波形I第二個脈沖的下降沿，與波形2第二個脈沖的下降沿對齊，波形I第6個脈沖的下降沿，與波形2第5個脈沖的下降沿對齊，所以每4個波形I的時間與每3個波形2的時間一樣。模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27是TC500，為雙積分模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器。在某一時刻，時序控制電路，使得控制端B(波形3)的下降為低，并使控制端A(波形2)的上升為高，此時，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27開始正向積分，然后時序控制電路24使得控制端B上升，使得AD轉(zhuǎn)換器的正向積分結(jié)束。正向積分結(jié)束后，勵磁(波形4)就可以改變方向，為下一次積分做準(zhǔn)備，所以勵磁控制改變的時刻，對準(zhǔn)控制端B (波形3)上升。隨后模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27進入反向積分，反向積分結(jié)束時，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27的某一個引腳發(fā)生跳變，單片機23對反向積分時間段的長度進行計數(shù)，作為模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27的輸出?？刂贫薆的另一個寬度基本為零的下降與上升，是單片機23啟動過零與零積分這兩個過程，使得模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27為下一次積分做準(zhǔn)備。由于單片機23的精準(zhǔn)控制，使得模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27正向積分的開始與結(jié)束，時間精度很高。作為首選的設(shè)置，本發(fā)明的電磁流量計探測工頻，以適合于工頻變化范圍為47. 5Hz至52. 5Hz的現(xiàn)場應(yīng)用，其探測工頻的時間精度優(yōu)于I微秒。程序把探測的工頻的周期，作為發(fā)勵磁的運算基準(zhǔn)。程序可以控制發(fā)出為工頻的3/8倍分頻的勵磁頻率，精度優(yōu)于I微秒。進一步說明如下，作為首選的設(shè)置，本發(fā)明的電磁流量計探測工頻，對于勵磁頻率為工頻的3/8倍分頻，在8個工頻的時間內(nèi)，有6個模數(shù)AD轉(zhuǎn)換，3個為正向勵磁，3個為反向勵磁，分成3對正反向勵磁第一次模數(shù)AD轉(zhuǎn)換(正向積分)與第四次模數(shù)AD轉(zhuǎn)換(反向積分)；第二次模數(shù)AD轉(zhuǎn)換(反向積分)與第五次模數(shù)AD轉(zhuǎn)換(正向積分)；第三次模數(shù)AD轉(zhuǎn)換(正向積分)與第六次模數(shù)AD轉(zhuǎn)換(反向積分)。每一對的正反向勵磁，其模數(shù)AD正向積分的開始時刻，位于基本相同的工頻的相位，其時間精度優(yōu)于I微妙，其模數(shù)AD轉(zhuǎn)換的結(jié)束時刻，也位于另一個基本相同的工頻的相位，其時間精度優(yōu)于I微妙。如此時間精準(zhǔn)的設(shè)計，保證相抵作用的充分性。
圖4顯示在勵磁頻率為工頻的3/8倍分頻時的電極信號的仿真圖形。在這里，假設(shè)工頻為50Hz，則所述勵磁頻率為18. 75Hz。如圖4所示，圖中有兩個波形，中間的正弦波為50Hz的干擾，另一個為疊加50Hz的干擾波形的電極信號。8個50Hz正弦波的時間長度，為3個勵磁周期的時間長度。從I至65之間的波形為第一次正向勵磁時的電極信號，193至257之間的波形為第二次負(fù)向勵磁時的電極信號。可以看出，此兩個信號上50Hz的干擾相同，在6次平滑濾波時，此兩信號一個加入，一個減去，因此50Hz干擾抵消。同理，第一次負(fù)向勵磁時的電極信號(65至129之間)與第三次正向勵磁時的電極信號(257至321之間)的干擾抵消；第二次正向勵磁時的電極信號(129至193之間)與第三次負(fù)向勵磁時的電極信號(321至385之間)的干擾抵消。干擾抵消的抵消程度，與模數(shù)AD轉(zhuǎn)換器27的時間控制與電源模塊21的供電的干擾波形變動相關(guān)，實際表明，流量計輸出非常穩(wěn)定。本發(fā)明電磁流量計的勵磁電流的勵磁頻率，其選取范圍既可以是現(xiàn)有技術(shù)中的為工頻的偶數(shù)倍分頻，也可以為工頻的非偶數(shù)倍分頻。例如在工頻為50Hz的情況下，勵磁 頻率可以是 25Hz、18. 75Hz、12. 5Hz、9. 375Hz、6. 25Hz，其中 25Hz、12. 5Hz、6. 25Hz 為傳統(tǒng)電磁流量計的選項，基本不受工頻干擾影響，而18. 75Hz,9. 375Hz為本發(fā)明的合適的勵磁頻率，經(jīng)過6次滑動平均濾波后，也基本不受工頻干擾影響。由于一個勵磁周期采樣兩次，18. 75Hz,9. 375Hz時，對應(yīng)輸出達到100%的響應(yīng)時間，分別為0. 16秒、0. 32秒，對應(yīng)輸出達到63%的響應(yīng)時間，分別小于0. I與0. 2秒。如此，本發(fā)明電磁流量計，不僅使得勵磁電流的勵磁頻率的選取余地大大增加，更使得相鄰兩級勵磁頻率的間隔相對較小，可以提供在合理條件下最快、最合適的勵磁頻率。在工頻為50Hz的情況下,例如對于口徑小于等于IOOmm的電磁流量計,推薦使用25Hz的勵磁頻率；對于口徑為IOOmm至200mm之間(例如125mm、150mm)的電磁流量計,推薦使用18. 75Hz的勵磁頻率；對于口徑為200mm至300mm(例如200mm、250mm)的電磁流量計,推薦使用12. 5Hz的勵磁頻率；對于口徑為300mm至500mm(例如300mm、450mm)的電磁流量計，推薦使用9. 375Hz的勵磁頻率；對于大于等于500mm的電磁流量計,推薦使用6. 25Hz的勵磁頻率。綜上所述，本發(fā)明的電磁流量計，其產(chǎn)生的勵磁電流的勵磁頻率并不僅限于為工頻的偶數(shù)倍分頻，更創(chuàng)造性地提供了工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率，使得勵磁頻率有更大的選擇空間，選取其中合適的最快的勵磁頻率，不僅有助于減小漿料的(頻率越低噪聲越大的)1/f噪聲，以減少低頻噪聲的影響，實現(xiàn)對漿料流體的測量以及提高流量計的動態(tài)響應(yīng)性能，而且可以相對降低插值誤差，有助于輸出穩(wěn)定，從而兼顧將低頻噪聲干擾影響降至最低以及輸出穩(wěn)定。上述實施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發(fā) 明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種電磁流量計，包括傳感器和轉(zhuǎn)換器，所述傳感器包括勵磁線圈、電極、導(dǎo)管，所述轉(zhuǎn)換器包括勵磁驅(qū)動、中央處理單元、電極信號測量單元，所述的勵磁驅(qū)動電路發(fā)出勵磁電流；其特征在于，所述勵磁電流具有為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的電磁流量計，其特征在于，所述勵磁電流為方波勵磁。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的電磁流量計，其特征在于，所述為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率包括f = F*n/m, 其中，f為勵磁頻率，F(xiàn)為工頻頻率，n為大于I的奇數(shù),m為偶數(shù)，n/m為不可約分?jǐn)?shù)。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的電磁流量計，其特征在于，所述勵磁頻率的選項有工頻的3/4倍分頻、3/8倍分頻、5/8倍分頻、7/8倍分頻、5/12倍分頻、7/12倍分頻、11/12倍分頻、3/16倍分頻、5/16倍分頻、7/16倍分頻、9/16倍分頻、11/16倍分頻、13/16倍分頻和15/16倍分頻。
5.根據(jù)權(quán)利1、3或4所述的電磁流量計，其特征在于，所述工頻為50Hz，所述勵磁頻率的選項有:9. 375Hz、15. 625Hz、18. 75Hz、20. 83Hz、21. 875Hz、28. 125Hz、29. 17Hz、31. 25Hz、.34. 375Hz、37. 5Hz、40. 625Hz、43. 75Hz、45. 83Hz、46. 875Hz。
6.根據(jù)權(quán)利5所述的電磁流量計，其特征在于，所述工頻為50Hz，所述勵磁頻率為.18.75Hz。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電磁流量計，包括傳感器和轉(zhuǎn)換器，所述傳感器包括勵磁線圈、電極、導(dǎo)管，所述轉(zhuǎn)換器包括勵磁驅(qū)動、中央處理單元、電極信號測量單元，所述的勵磁驅(qū)動電路發(fā)出勵磁電流；特別地，所述勵磁電流具有為工頻的非偶數(shù)倍分頻的勵磁頻率。相較于現(xiàn)有技術(shù)，相鄰兩級勵磁頻率的間隔較小,選擇余地更大，實現(xiàn)將低頻噪聲干擾影響降至最低以及輸出穩(wěn)定的兼顧。
文檔編號G01F1/58GK102654411SQ20111004940
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者張振山, 李程生, 汪小胖, 石明 申請人:上海威爾泰儀器儀表有限公司, 上海威爾泰工業(yè)自動化股份有限公司