一种自适应新型电磁流量计和测量方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应新型电磁流量计和测量方法，包括流体性质传感器组、信号处理电路、微处理器、D/A励磁信号发生器、数据处理模块、LCD显示屏。所述流体性质传感器组检测到流体相关信息并输出电信号送入信号处理电路，经过滤波放大得到不失真的信号后连接微处理器，经分析提供流体信息，根据传送过来的流体信息确定采用的测量方式：常规流体时，调用相匹配的励磁产生程序；非常规流体时，微处理器发出多种已设定的频率作为扫频信号，加至D/A励磁信号发生器，所述D/A励磁信号发生器产生不同形状的励磁波或多种频率的励磁波，所述微处理器对信号处理电路传来的信号进行分析，连接LCD进行显示，提高了电磁流量计的测量精度，实现了精准测量。

A New Self-adaptive Electromagnetic Flowmeter and Measurement Method

The invention discloses an adaptive new electromagnetic flowmeter and a measuring method, which includes a fluid property sensor group, a signal processing circuit, a microprocessor, a D/A excitation signal generator, a data processing module and an LCD display screen. The fluid property sensor group detects the fluid-related information and outputs the electric signal to the signal processing circuit. After filtering and amplifying, the undistorted signal is obtained and connected to the microprocessor. After analysis, the fluid information is provided, and the measurement method is determined according to the fluid information transmitted: when conventional fluid is used, the matching excitation generating program is invoked; when unconventional fluid is used, the microprocessing is carried out. The D/A excitation signal generator generates excitation waves of different shapes or frequencies. The microprocessor analyses the signals from the signal processing circuit and connects them to LCD for display, which improves the measurement accuracy of the electromagnetic flowmeter and achieves accurate measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应新型电磁流量计和测量方法
本专利技术涉及电磁流量计
，尤其涉及一种可根据管道内流体的不同而自动选择励磁方式的新型电磁流量计。
技术介绍
使用流量计测量的一个目的是在生产过程中给管理者或控制系统提供流量参量的准确数值，以便做出合理地判断与调节，达到优良的控制，提高产品的质量与产量。电磁流量计作为一种依据法拉第电磁感应定律来测量导电液体体积流量的仪表，其励磁技术决定了电磁流量传感器工作磁场的特征，所以励磁技术先进影响到电磁流量计的检测精度。随着电磁流量计的发展，励磁技术也经历了直流励磁、工频正弦波励磁、低频矩形波励磁、低频三值矩形波励磁、双频矩形波励磁五个阶段。但是这些励磁技术分别都存有缺点，例如直流励磁产生的电极极化效应、工频正弦波励磁产生的正交干扰影响等等。就连现在最常用的低频矩形波励磁技术所引入的微分干扰和同相干扰使得在小流速阶段，使传感器输出信号感应信噪比明显降低，造成测量误差极大。在现代工业中，流量测量是工业生产中必不可少的环节，同时流量也是五大测量参数之一。精准测量对于生产指导、规划都有很大帮助。我国现阶段的流量计多为普通流量计，采用的多为矩形波励磁技术。在现阶段已有的励磁方式中，虽已逐步解决了测量精度低，零点稳定性差以及微分干扰和同向干扰大等问题，但是单一的励磁方式还是难以满足不同流体流速测量的要求。例如在采用三值低频矩形波励磁的电磁流量计中测量泥浆、纸浆等含固体颗粒物和低电导率流体时会产生电噪声使得输出信号极其不稳定。倘若采用双频矩形波励磁时便可有效解决这一问题。中国专利技术专利公布了一种基于恒流控制系统的变频电磁流量计励磁线圈(李斌.陈洁.胡金银等.变频电磁流量计励磁线圈的恒流控制系统，申请号：201610360618.8，申请日：2016.05.28)这种恒流控制系统由直流电源、恒流控制电路、检流电路、电源切换开关甲和电流切换开关乙组成。直流电源向励磁线圈供电，励磁电流经励磁线圈和恒流控制电路流向参考地。电源切换开关甲结合电流切换开关乙组合产生直流电源中高压电源和低压电源的切换控制信号；变频电磁流量计励磁频率较低时电流切换开关乙一直关闭，励磁线圈的励磁电源为低压电源；变频电磁流量计的励磁频率较高且励磁电流未达到预设值时高压电源作为励磁工作电源，励磁电流达到预设值后关闭高压电源，由低压电源供电。该系统应用于浆液流体测量，既能保证零点稳定性和抗噪声能力强，又使得装置热耗小。但是该系统存在的缺陷是：在电磁流量计管道内流过不同性质的流体时，系统内单一的励磁发生装置无法满足在不同情况下的测量需求，此专利不适用于多种流体流速测量的电磁流量计。针对已有技术存在的缺陷，本专利技术提出一种可适应不同流体下电磁流量计测量的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有的励磁方式——直流励磁方式由于电极上的极化电位障碍限制了其应用范围，所以一定值的直流励磁方式仅适用于非电解质(如液态金属)液体的测量；工频正弦波励磁易引起零点变动，而降低其测量精度。因其不产生固体擦过电极表面产生的尖峰噪声，被应用于测量泥浆、矿浆等液固两相流；非正弦波交流励磁不必为除去磁场强度的变动而进行运算；低频矩形波励磁，励磁频率降低，零点稳定性可以提高，但仪表抗低频干扰能力减弱，响应速度慢，如果励磁频率高，则抗低频干扰的能力增强，但电磁流量计的零点稳定性降低。在测量浆液等液固两相导电性流体时会产生尖峰电势干扰，不适合测量浆液等液固两相导电性流体；三值低频矩形波励磁，采用正弦规律变化的励磁电流，具有更好的零点稳定性，解决了干扰电势的影响，但降低了响应速度还会有电噪声；双频矩形波励磁，既具有低频矩形波励磁技术优良的零点稳定性，又具有高频矩形波励磁技术对流体噪声较强的抑制能力。可用于测量泥浆、纸浆、矿浆等固液两相导电性流体和低导电率流体。综上所述，单一励磁方式是无法满足管道内多种不同流体经过时的流速测量要求。故提出一种能根据流体特性的不同而相应选择不同励磁方式的电磁流量计以达到对不同流体都能匹配最佳励磁方式使其测量精度提到的目的。为实现以上目的，本专利技术的构思是：该新型电磁流量计根据流体性质传感器组所检测流体的导电率、固体颗粒物含量和粘稠度确定管道内流体性质，通过微处理器选择与之最匹配的励磁方式。若所检测的流体极为特殊与已设置的励磁方式不匹配时将采用扫频信号进行多频扫描并对扫频后的数据进行处理实现自适应性。根据上述专利技术构思，本专利技术采用以下技术方案：一种自适应新型电磁流量计和测量方法包括流体性质传感器组、信号处理电路、微处理器、D/A励磁信号发生器、扫频电路、数据处理模块、LCD显示屏。其特征在于，所述流体性质传感器组与信号处理电路相连，信号处理电路根据流体性质传感器组输出信号的频谱特性，选取受流体噪声干扰最小的奇次谐波幅值来反映流量信号的大小，以减小噪声干扰使得该测量装置能够从输出信号中正确地提取出流量信息。进而分析已得到的所检测流体的基本信息，并将其与该测量装置所设置的流体参数对比分析得到此时该测量装置所需要的流体地址码，通过微处理器接收信号处理电路所传输的地址码进行励磁方式的选择，调用所选择的励磁方式产生程序与D/A励磁发生电路相结合得到与该流体最适合励磁方式。但当所测流体极为特殊，该测量装置中已设计好的多种常规励磁方式均未能相匹配时，该测量装置将自动通过扫频方式进行测量。其中，微处理器为扫频电路提供其所需要的扫频信号，将微处理器产生的扫频信号加在D/A励磁信号发生器上，以不同频率的励磁波进行测量来得到不同频率下的电压信号，将多组励磁频率下的电压信号进行分析比对选择信噪比最高，波形随时间变化最小即稳定性最好，功率谱最集中所对应的励磁频率作为该特殊流体的励磁方式，最后通过数据处理模块对电磁流量计的励磁单元进行励磁采样得到励磁电流和电压的模拟信号，通过模数转换后得到相应的数字信号，由转换后同一采样周期数字信号的励磁电流、电压计算出该采样周期内的流体流速，得最优结果之后在LCD显示屏上体现。所述流体性质传感器组由流体电导率传感器、流体颗粒物含量传感器、流体粘度传感器组成，主要是用于检测管道内的流体性质，包括流体电导率、固体颗粒物含量和流体粘稠度。通过流体性质传感器组以期达到准确输出所检测流体的相关信息，从而在不同流体流过管道时该新型电磁流量计都能准确检测其流体信息。所述信号处理电路是由高通滤波电路、低通滤波电路和放大电路组成，用于滤除信号中夹杂的微小直流分量，和高频尖峰干扰，最后由放大电路对经过滤波电路后的信号进行放大以达到信号保真并便于分析处理的目的。进一步判断所检测流体的类型是否与该测量装置设置好的地址码相匹配。所述微处理器用于控制D/A励磁信号发生器，具有根据前述结构所提供的地址码自动控制并选择相应励磁波形电路的程序设计。当信号处理电路传送到微处理器的流体信息与该测量装置的设置相符合时，以常规流体进行测量。由微处理器根据所接收到的地址码来选择与地址码相匹配的励磁产生程序设计，以实现由不同流体进行自适应不同波形的功能。此外，微处理器系统兼具扫频信号产生功能。当信号处理电路传送到微处理器的流体信息与该测量系统的设置不相符合时，以非常规流体进行测量。此时，由微处理器通过程序控制，产生所需要的扫频信号并加载于扫频电路用以在非本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应新型电磁流量计和测量方法，包括流体性质传感器组(1)、信号处理电路(2)、微处理器(3)、D/A励磁信号发生器(4)、扫频电路(5)、数据处理模块(6)、LCD显示屏(7)，其特征在于，所述流体性质传感器组(1)与信号处理电路(2)相连，信号处理电路(2)分析处理流体性质传感器组(1)的输出信号选择出受浆液噪声干扰较小的奇次谐波来反映流量信号，分析流量信号以得到流体性质与此时所测量流体在该测量装置中设置好的地址码相匹配，通过微处理器(3)与D/A励磁信号发生电路(4)连接，由信号处理电路(2)所提供的地址码与D/A励磁信号发生器(4)中的波形相匹配，得到与该流体最相匹配的励磁方式，当所测流体极为特殊，该测量装置中已设计好的多种常规励磁方式均未能相匹配时，该测量装置将通过扫频方式进行测量，其中微处理器(3)为扫频电路(5)提供其所需要的扫频信号，将微处理器(3)产生的扫频信号加在D/A励磁信号发生器(4)上，以不同频率的励磁波进行测量来得到不同频率下的电压信号，数据处理模块(6)在常规流体时通过分析最后转换得到的电压信号分析推导其与流速的关系得到此时流体的流速，在非常规流体时以信噪比、稳定性和功率谱作为选择标准对多频率下的电压信号进行选择得到最佳频率下的电压信号后同常规流体处理步骤分析处理相应数据得到流体流速，最后数据结果在LCD显示屏(7)上体现。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应新型电磁流量计和测量方法，包括流体性质传感器组(1)、信号处理电路(2)、微处理器(3)、D/A励磁信号发生器(4)、扫频电路(5)、数据处理模块(6)、LCD显示屏(7)，其特征在于，所述流体性质传感器组(1)与信号处理电路(2)相连，信号处理电路(2)分析处理流体性质传感器组(1)的输出信号选择出受浆液噪声干扰较小的奇次谐波来反映流量信号，分析流量信号以得到流体性质与此时所测量流体在该测量装置中设置好的地址码相匹配，通过微处理器(3)与D/A励磁信号发生电路(4)连接，由信号处理电路(2)所提供的地址码与D/A励磁信号发生器(4)中的波形相匹配，得到与该流体最相匹配的励磁方式，当所测流体极为特殊，该测量装置中已设计好的多种常规励磁方式均未能相匹配时，该测量装置将通过扫频方式进行测量，其中微处理器(3)为扫频电路(5)提供其所需要的扫频信号，将微处理器(3)产生的扫频信号加在D/A励磁信号发生器(4)上，以不同频率的励磁波进行测量来得到不同频率下的电压信号，数据处理模块(6)在常规流体时通过分析最后转换得到的电压信号分析推导其与流速的关系得到此时流体的流速，在非常规流体时以信噪比、稳定性和功率谱作为选择标准对多频率下的电压信号进行选择得到最佳频率下的电压信号后同常规流体处理步骤分析处理相应数据得到流体流速，最后数据结果在LCD显示屏(7)上体现。2.根据权利要求1所述的一种自适应新型电磁流量计和测量方法，其特征在于，所述流体性质传感器组(1)包括流体电导率传感器(8)、流体颗粒物含量传感器(9)、流体粘度传感器(10)，均安装在电磁流量计最前端用以流体性质测量，当管道内有流体经过时可以在第一时间内对流体性质进行检测，所述流体性质传感器组(1)主要用于检测管道内的流体性质——流体电导率、固体颗粒物含量和流体黏稠度参数；根据已有的励磁技术发展研究表明，不同的励磁方式适应不同的流体流速测量，当励磁方式与流体最相匹配时刻有效提高测量精度；根据管道内所流过的流体不同，当检测到的流体为非电解质液体(如液态金属)时，该测量装置自动采用直流励磁方式进行测量；当检测到的流体为泥浆、矿浆等液固两相流时，该测量装置自动采用工频正弦波励磁方式进行测量；当检测到的流体为纸浆等含固体颗粒和纤维流体以及低电导率流体时，该测量装置自动采用双频矩形波励磁方式进行测量；而当流体性质传感器组(1)所检测的流体极为特殊以致于无法与该测量装置所预先设定好的流体相匹配时，流体性质传感器组(1)将把所检测的流体信息经信号处理电路(2)传送到微处理器(3)，该测量装置将自动以扫频方式进行流速测量。3.根据权利要求1所述的一种自适应新型电磁流量计和测量方法，其特征在于，信号处理电路(2)由高通滤波电路(11)、低通滤波电路(12)和放大电路(13)组成，信号处理电路(2)接收流体性质传感器组(1)的输出信号通过高通滤波电路(11)滤除信号中夹杂的微小直流分量，通过低通滤波电路(12)滤除高频尖峰干扰，最后由放大电路(13)对经过滤波电路后的信号进行放大以达到信号保真并便于分析处理的目的；所述信号处理电路(2)通过一系列合理有效的电路处理，根据流体性质传感器组(1)输出信号的频谱特性，选取受流体噪声干扰最小的奇次谐波幅值来反映流量信号的大小，以达到避免噪声干扰使得该测量装置能够从输出信号中正确的提取出流量信息，进而分析已得到的所检测流体的基本信息，并将其与该测量装置所设计的流体参数对比分析得到此时该测量装置所需要的流体地址码。4.根据权利要求1所述的一种自适应新型电磁流量计和测量方法，其特征在于，所述微处理器(3)主要在该测量装置中控制流速测量方式的选择——常规流体测量和非常规流体测量，以及提供D/A励磁信号发生器(4)中所需要匹配的波形设计程序和扫频电路(5)中所需要的扫频信号，所述微处理器(3)用于接收信号处理电路(2)传输的地址码，根据接收的地址码与微处理器(3)内部编程程序相匹配达到自适应选择最合适的励磁方式设计程序的目的，以便于控...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛亮，陈俊先，杨钰萍，胡泽，韦国晖，石明江，赖欣，陈波，杨青，刘玉洁，黄祺，任星星，李正煜，黎峰，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51