介紹
                  挖泥船電磁流量計用于指導挖泥船的操作,防止堵塞和陰燃。與密度測量設備配套使用,形成生產計量表,為施工作業和管理提供決策數據,有利于提高施工效率。測量介質是一種液體 - 固體兩相流體,與一般意義上的單一介質不同,測量難度大大增加。電磁流量計(EMF)是根據電磁感應定律測量導電流體流量的儀表[1]。與現有的流量計相比,具有線性度好,測量精度高,量程范圍寬,適用范圍廣,耐腐蝕性強等特點,可以解決其他流量計不易解決的問題,如臟流量,腐蝕流量,等測量[2]。
                  目前國內大部分挖泥船用電磁流量計存在零漂,轉換精度不高,流速不穩定,空中交通管制易發生故障等問題。在這方面,我們進行了相關的研究并提出了相應的改進措施。開發了一種專門為挖泥船設計的新型電磁流量計,已成功應用于挖泥船上,取得了較好的效果。本文通過信號處理和氣管檢測詳細介紹了新型挖泥船電磁流量計的詳細介紹。
                1、電磁流量計的工作原理
                  電磁流動儀表分為兩部分:傳感器和轉換器。傳感器將管道中流動的導電流體的流量信號轉換為電信號。轉換器主要由激勵電路和信號調理電路提取傳感器輸出的電信號,并對主機顯示器進行相關處理。 ,微處理電路等組成。圖1顯示了傳感器的工作原理。
                電磁流量計傳感器工作原理圖
                 
                電磁流量計傳感器工作原理圖
                  根據法拉第電磁感應定律,當導體在磁場中移動并切割磁力線時,在導體的兩端產生感應電動勢。在均勻的磁場中,有一個垂直于磁場方向的直徑為D的管道。管道由非磁性材料制成,內表面用絕緣襯里絕緣。當導電液體在管中流動時,導電液體切割磁力線,從而在垂直于磁場和流動方向的方向上產生感應電動勢。如果一對電極安裝在垂直于磁場直徑的管道兩端,只要流速v對稱分布在管道中,兩極之間就會產生感應電動勢[3] 。該感應電動勢與流速呈線性關系。它的表達是:
                E = K·乙·d·V(1)
                在公式中:V是測量管橫截面上的平均流速(m / s);K是儀器常數;
                D是測量管的內徑(m);
                B是磁感應(T)。
                轉換器測量感應電動勢,然后根據線性關系導出流量信號。圖2顯示了電磁流量計的總體設計。
                 
                 
                電磁流量計總體設計原理圖
                  考慮到來自傳感器的弱信號很容易在傳輸線上丟失,電極信號調節板和空管檢測功能板放置在靠近傳感器出口端口處,并且在調節之后,傳輸到主控制電路通過屏蔽線在轉換器上。
                  管道本身的結構是一個很大的屏蔽層,為防止磁場線圈泄漏,信號傳輸采用屏蔽線,以減少線路與線路之間的信號干擾,以及干擾的空間傳播,保證完整性信號。
                  在電路上使用雙核主從控制有助于測量流速和檢測風道。它克服了必須與密度計一起使用的電磁流量計的缺陷。同時,微電腦技術的使用大大提高了各方面的性能,并且更加智能化。管理施工更容易。
                2、合理選擇激勵方法
                  目前國內挖泥船用流量計大多采用低頻方波激勵,其主要特點是避免了零點漂移和無正交性。干擾,更好的抗相位干擾能力[4]。然而,對于液固兩相流體,當固體顆粒撞擊電極時,表面電位發生變化,形成尖峰狀噪聲,信號波動很大。低頻方波激勵無法消除硬件技術帶來的干擾。為了實現測量結果的穩定性,只能通過調整激勵頻率加軟件手段來消除,但存在兩個缺陷:
                (1)挖泥船的工作條件復雜。解決疏浚條件與適當的激勵頻率匹配的問題是困難的。只有合適的頻率參數可以通過該站點連續調試。同一地點的不同土壤材料需要改變頻率參數。根據當前的現場條件和技術水平,這一步驟非常困難。目前,基本上使用基本上可以測量的單個頻率。
                (2)使用軟件濾波來減少沖擊噪聲引起的波動幅度。波動幅度的平滑度越高,測量結果的真實性和實時性越差。在很多情況下,測量結果會失真,特別是當流量很高時。高含量,大顆粒的工作條件。
                  采用工頻(50Hz)電源的交流頻率激勵消除了電極表面的極化干擾,并且高度抵抗影響電極的固體顆粒,形成尖峰狀噪聲。因為磁場是交替,所以輸出信號是交流信號,低電平交流信號的放大和轉換比直流信號容易得多。 但值得注意的是,使用交流勵磁會帶來一系列的電磁干擾問題。 例如,正交干擾,同相干擾等,這些干擾信號與有用的交通信號混合在一起。 因此,如何正確區分流量信號與干擾信號,以及如何有效抑制和消除各種干擾信號,成為交流勵磁電磁流量計成功應用于液固兩相流體測量的關鍵。
                3、信號處理改進
                  液固兩相流動介質(特別是在大顆粒的情況下)和測量管道摩擦力以及測量元件的不時沖擊,會產生大量的高強度干擾信號,傳統的信號處理技術會造成測量結果的大幅波動,情況嚴重時,原點回歸等現象將失去測量意義。信號處理有兩個難點:一是如何區分弱流信號和干擾信號;第二,如何確保測量的實時性和準確性。干擾解決方案:
                (1)首先,有必要設計合理的電路結構,并使用信號調理電路來減少大部分干擾信號。
                (2)主控電路采用相敏檢測和一系列硬件電路結合軟件進行相位補償和零點補償,進一步消除正交干擾信號和同相干擾。為了保證測量的實時性和準確性,首先對激勵信號和感應電位信號進行數字濾波,然后用軟件算法對流量信號進行分頻,得到穩定的實時流量。
                  主控制電路的整體設計如圖3所示。
                 
                 
                 
                  由電極檢測到的弱感應電動勢E首先被前置放大器放大并被噪聲抑制,并且變為很低的阻抗。電壓信號。在相敏檢測之后,信號由CPU進行數字濾波,處理和控制,模擬二階巴特沃斯低通濾波器通過雙線性變換方法轉換為數字濾波器,簡化了電路設計,并且可靠性和穩定性。通過對軟件進行編程,CPU可以補償放大器的溫度漂移和零點漂移,并且可以在整個測量范圍內以10段對信號進行校正,以使測量值更好地符合實際數據。
                  在空管檢測電路上,CPU充當從控制器。當主控制電路發出空管檢測查詢信號線時,在接收到來自控制器的標識后,接收并確定查詢了什么信號,然后生成響應信號上傳到主控芯片輸出顯示器;當檢測到空管信號時,從控制器發出零信號通過控制MOS管開關關閉流量輸出。在應用中,對于微弱信號的放大和提取,有必要注意PCB板設計的EMI屏蔽,屏蔽空間磁場的干擾,外圍設備輻射造成的干擾,以及電路板之間的干擾,例如數字到模擬分離。強弱電分離等。
                4、空氣管道檢測功能研究方法
                  電磁流量計的測量方程為在流體完全填充在測量管道下的條件下建立,在實際流量控制中,傳感器在空管狀態下的流量值阻塞問題主要得到解決[5],特別是當部分或全部傳感器電極時從流體暴露。出現時,系統應及時檢查該狀態并切斷流量,使流量計輸出為0.電磁流量計(雙電極)傳感器和信號放大器形成圖3所示的信號測量關系。 4。
                 
                 
                 
                 
                  電磁流量計電導率測量連接圖
                  S1和S2分別是兩個電極。等效原理如圖5所示。該電路是一個對稱結構。在圖中,e1和Z1分別是傳感器的流量信號和相應的流體阻抗,Z0是放大器的輸入阻抗。
                 
                 
                 
                 
                  圖6顯示了額外刺激的實際原理圖。其中,R是流體阻抗,C1是激勵源和傳感器電極及其放大器輸入的隔直電容,C2是信號電纜對地電容[6]。
                 
                 
                 
                  電磁流量計額外勵磁的實際原理圖
                  當密度計檢測密度為0時,大多數國內EMF密度計與流量計一起使用,確定空管,關閉流量計輸出。有一些使用空管檢測功能的電磁流量計,但由于使用相對功率電導率被用作判斷的基礎。一旦管道中有雜物或電極被擊中,相對電導率可能會迅速變化。由于液體 - 固體兩相流體在挖泥船管道中流動,誤判為空管,導致施工過程正常,出現零流量測量現象,影響工程進度和計算建設量。
                  絕對電導率測量方法不僅能夠方便流量計的獨立使用,還能克服相對電導率法的缺點。要解決的難點是:首先,如何將ATC檢測信號與正常流量信號分離,以及如何在信號線上取得功率信號。解決方案是使用高頻激勵將空管的檢測信號與50Hz的流量信號區分開。但是,如果頻率太高,則可能導致電極之間的極化效應,并且PCB布局可能是有害的。最后,綜合考慮周期為16μs的高頻正弦波。波激發。使用數據流傳輸空管檢測信號以實現信號線的單線復用。為了確保弱空氣管道檢測信號無失真地傳輸,信號處理在流量計的信號調節板上進行,并通過屏蔽電纜傳輸到主控制電路??展軝z測信號由單片機控制,可定期收集流體的當前電導率和空管檢測的閾值。相比之下,激勵電流也可以被采樣,激勵可以被判斷是否存在開路或短路故障。兩個電極之間的流體阻力計算如下:
                 
                 
                  由于兩個電極之間的電阻不僅與溶液本身有關,而且還與管道的內徑和電極的橫截面積有關,空管檢測的閾值被設置為可調參數使其更加廣泛適用。當該大口徑管道上的電磁流量計檢測到管道中的空管,勵磁線路開路或短路,或流量超過設定的上下限值時,會自動報警并采取相應措施。
                5結論
                  將本文所述的新型挖泥船電磁流量計安裝在挖泥船上后,從根本上解決了疏浚施工過程中流速測量的穩定性,大大提高了測量數據的實時性能,有效測量時間是最短的。它可以達到200ms。此外,設備精度達到0.5,對指導疏浚施工起到了很好的作用。
                 
                 
                 

                 

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