電磁測量技術(shù)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，通過激發(fā)線圈和接收線圈的相互作用檢測樣本的相關(guān)物理信息，利用時(shí)間量、電磁量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)算出被測樣本所需的物理參數(shù)。電磁測量的樣本須具有良好的磁導(dǎo)性，且被測樣本周邊為非磁導(dǎo)性介質(zhì)，這樣才能滿足電磁測量的基本條件。電磁流量計(jì)是電磁測量技術(shù)應(yīng)用的典型代表，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用此技術(shù)對管道內(nèi)的鐵磁物質(zhì)進(jìn)行速度、流量等參數(shù)的檢測;醫(yī)療領(lǐng)域利用此技術(shù)配以適當(dāng)?shù)妮o助介質(zhì)對人體的循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)等進(jìn)行非接觸式檢查。傳統(tǒng)的電磁流量計(jì)測量技術(shù)采用單線圈測量方法，此方法易受到外部信號的干擾，且測量精度也受到本身激發(fā)線圈電磁力的干擾，測量精度難以提高。為了較好地解決上述測量問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于Labview 技術(shù)的雙線圈電磁流量計(jì)測量方法，采用單激發(fā)線圈和雙接收線圈的差值補(bǔ)償機(jī)制，同時(shí)采用檢測系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)和中值理論算法，不斷優(yōu)化系統(tǒng)的精度。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室模擬仿真，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)比較，該檢測方法能夠大大提高電磁測量的抗干擾能力和適用范圍，使得電磁流量計(jì)測量的精度達(dá)到 1%以上，基本滿足電磁流量計(jì)測量技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。

 

1 單線圈電磁流量計(jì)

1． 1 單線圈流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)

單線圈流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示，此結(jié)構(gòu)包括激發(fā)線圈、接收線圈和檢測管道。激發(fā)線圈產(chǎn)生勵磁電流磁化檢測管道內(nèi)的磁性物質(zhì)，接收線圈檢測由于磁化物質(zhì)移動產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。

1． 2 單線圈流量計(jì)通信協(xié)議

單線圈流量計(jì)采用單片機(jī)進(jìn)行樣本檢測和數(shù)據(jù)通信，設(shè)定流量計(jì)的通訊協(xié)議如表 1 所示。其中通訊接口為 ＲS485，波特率 9600，起始位1 位，數(shù)據(jù)位8 位，偶校驗(yàn)1 位，停止位1位，MODBUS － ＲTU 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

1． 3 單線圈流量計(jì)工作原理

如圖1 所示，激發(fā)線圈產(chǎn)生頻率固定的三角波勵磁信號磁化檢測管道中的樣本，當(dāng)被磁化的樣本移動至接收線圈時(shí)將產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電勢。［1］ 設(shè)定激發(fā)時(shí)間為 t1 ，接收時(shí)間為t 2 ，激發(fā)線圈與接收線圈之間的距離為 s，樣本流速為 v，則有:

 

1． 4 單線圈流量計(jì)檢測分析

1． 4． 1 檢測波形

將圖1 所示的單線圈流量計(jì)安裝在輸送鐵礦漿管道上，且確保安裝管道部分為非鐵磁性物質(zhì)。單片機(jī)按上述的通信協(xié)議對鐵礦漿進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，利用示波器觀察分析采樣波形，采樣波形如圖2 所示。

在圖 2 所示中，勵磁電流(i lc )為三角波，噪聲(v z )為無勵磁信號時(shí)接收線圈檢測的噪聲信號，［2］ 接收信號 1(vr1 )為勵磁電流對接收線圈產(chǎn)生的互感電勢，接收信號 2(v r2 )為接收線圈檢測到被磁化的樣本感應(yīng)電勢。

 

1． 4． 2 流速計(jì)算

勵磁電流(i lc )為三角波，則最大勵磁電流為頂點(diǎn)，設(shè)定勵磁電流頂點(diǎn)為激發(fā)時(shí)間 t 1 ，由電磁感應(yīng)原理可得

 

1． 4． 3 系統(tǒng)誤差分析

根據(jù)電磁感應(yīng)原理，樣本被磁化時(shí)將產(chǎn)生與流速方向相反的電磁力，電磁力的大小為 F = BILsin θ。此電磁力將直接影響樣本的瞬時(shí)流速，給檢測系統(tǒng)帶來系統(tǒng)誤差。為了減小該系統(tǒng)誤差可以增加激發(fā)線圈與接收線圈之間的距離，但距離增大會使得被磁化樣本由于紊流的影響磁通量將逐漸變小。為解決上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于 Labview 的雙線圈電磁流量計(jì)，基本滿足檢測工藝的要求。

 

2 雙線圈電磁流量計(jì)

2． 1 雙線圈電磁流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)

雙線圈電磁流量計(jì)物理結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。此結(jié)構(gòu)與圖 1相比多一個(gè)接收線圈 2，其他物理結(jié)構(gòu)與圖 1 相同，且雙線圈流量計(jì)的通信協(xié)議與單線圈基本一致，在此不再贅敘。

2． 2 雙線圈流量計(jì)工作原理

雙線圈流量計(jì)采用一個(gè)激發(fā)線圈和兩個(gè)接收線圈，當(dāng)激發(fā)線圈發(fā)出勵磁信號后，將分別在兩個(gè)接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。設(shè)定第一個(gè)接收線圈感應(yīng)電勢最大值時(shí)刻為 t 1 ，第二個(gè)接收線圈感應(yīng)電勢最大值時(shí)刻為 t 2 ，兩個(gè)線圈的實(shí)際距離分別為 s 1 和 s 2 ，被檢測樣本流速為 v s 。則: