[发明专利]电磁流量计和流量的电磁测量方法

说明书

本发明涉及一种电磁流量计和用来测量传导流体的流量的电磁流量测量方法。更具体地说，涉及一种使感应噪声造成的测量误差减至最小的电磁流量计，而不必进行会招致被测流体停止流动的零点调整，借以提供一种在测量精度和方法方面的改进。

一般地说，电磁流量计是这样设计的，在与流经一测量管路的传导流体相垂直的方向施加一个电磁场，通过利用管内的两个电极检测在流体内的电磁感应产生的电动势，并且将其转换成相应的流体流量值。在现有的电磁流量计中，广泛使用一种低频激磁型的电磁流量计，它也被称为方波激磁型的电磁流量计，它在零点稳定性方面较之交流激磁型和直流激磁型更优越。

在低频激磁型的电磁流量计中，流经激磁线圈的激磁电流周期性地在两个固定值间转换，即激磁电流的极性周期性地改变，当激磁电流为固定值中的每一个时，在管内部的两电极间产生的电动势被放大和采样。借助于产生相邻采样值之间的差值，可以获得不受两种噪声影响的流量值：一种是由放大器的偏移电压或电极表面的电化学现象引起的直流噪声，另一种是由激磁线圈和由电极、流体和放大器组成的回路之间的连接所引起的电磁感应噪声。

不过，这种低频激磁型电磁流量计的问题在于，零点漂移会产生流量测量误差，除非在足够长的时间推移之后才对电极之间的电动势进行采样，因为此时激磁电流已达一固定值。使激磁电流的转换周期如此之长以达到稳定零点将会导致槽糕的响应性能；并且，当形成控制环时会产生振荡。

为了稳定零点，在日本未审专利公开第No.2-16852中披露了一种新的电磁流量计。图10是这种电磁流量计的方块图，图11是说明其工作的时序图。该流量计包括一用来提供激磁电流的激磁电路1，响应来自激磁电路1的激磁电流以产生与流体流量成正比的电动势e_a的电磁流量(计)传感器2，以及用来获得相应于电动势e_a的流量值的信号处理电路3。

在激磁电路1中，恒流源4产生恒定的电流，开关5a和5b分别响应图11中在(a)、(b)处所示的脉冲P1a、P1b，来改变恒流源4送出的恒定电流的极性，使其为零、负和正，并把此改变着极性的恒定电流提供给传感器2中的激磁线图6。

在电磁流量传感器2中，激磁线圈6响应来自激磁电路1的激磁电流Iw(图11中(c)所示)，产生一个以垂直于测量管7的轴线方向而施加的磁场。两个电极8a和8b置于该管道的内壁上，把在流体中由所述磁场感应的电动势e_a(图11中(d))施加到信号处理电路3中的AC放大器9上。

在信号处理电路3中，AC放大器9放大由电极8a、8b检测到的电动势e_a，并且在激磁电流为零的时间间隔内，开关10对经放大的输出采样两次，而在激磁电流是正或负的期间里，则采样一次，与图11中(e)所示的采样脉冲P2的时序相应。所得到的每个采样值被依次送到模一数(A/D)转换器11中。

A/D转换器11把每一采样值转换成数字形式，并把其供给微处理器12。

微处理器12根据这些数字采样值进行计算，从而除去电动势中的偏移电压分量Vf和噪声分量Vn，借以获得只和流体流量成比例的信号分量Vs1和Vs2。信号分量Vs1和Vs2被送到数一模(D/A)转换器13。微处理器12有向开关5a、5b提供脉冲P1a、P1b、向采样开关10提供脉冲P2、以及向D/A转换器13后面的采样和保持电路14提供控制脉冲P3的功能。

D/A转换器13把微处理器12的计算结果转换成模拟信号，这些模拟信号然后依次被提供给采样和保持电路14。采样和保持电路14在图11中(f)所示的脉冲P3的那些时刻采样并保持所述模拟信号，从而产生输出电压e_o。

这样，这种类型的电磁流量计补偿当激磁电流为正或负时的噪声分量和当激磁电流为零时的噪声分量之间的差，从而有效地消除引起零点漂移的噪声分量，借以稳定零点，同时由于不利用长的转换间隔防止了响应性能的降低。

不过，在这种电磁流量计中，一次采样时间必须非常短，这是因为在激磁电流为零的时间间隔内完成两次采样，而在激磁电流是正或负的时间间隔内完成一次采样。这样，这种测量就易受在采样期间内流体中的气泡或固体物质的影响，这将会降低测量的可靠性。

在另一方面，使对电极间产生的电动势e_a的采样时间如此之长以致克服这种气泡和固体物质的影响将需要长的激磁期间或周期，这会导致变劣的响应特性。一些悬浮液体例如象抽吸液体，具有1/F特性，其中噪声频率越低，噪声电平就变得越高。这样，当激磁周期增加时，也就是激磁频率减少时，信噪比变劣。