針對目前國內(nèi)電磁流量計(jì)無法測量漿液流量的難題，本項(xiàng)目提出基于線性電源的高頻方波勵磁方案，建立漿液信號的近似***斯分布模型，提出基于統(tǒng)計(jì)分析與信號重構(gòu)的漿液信號處理方法，并研制基于DSP的漿液型電磁流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)漿液流量的快速、穩(wěn)定測量，穩(wěn)態(tài)波動率和動態(tài)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)于技術(shù)水平先進(jìn)的日本東芝公司的儀表。該作品擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，打破了國外技術(shù)壟斷，已由國內(nèi)***的儀表企業(yè)--重慶川儀自動化股份有限公司產(chǎn)業(yè)化。
隨著節(jié)能減排和過程控制的要求，以及電磁流量計(jì)自身結(jié)構(gòu)上具有耐磨損，測量管內(nèi)無節(jié)流件等優(yōu)良特性，它將成為漿液流量測量的重要儀表，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金和造紙等行業(yè)，用于水煤漿、礦漿和紙漿等漿液流量的測量。 國外一些***公司的儀表可以用于漿液測量，產(chǎn)品壟斷了***市場，價(jià)格昂貴。而國內(nèi)領(lǐng)域則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，行業(yè)應(yīng)用依賴于進(jìn)口儀表。高產(chǎn)電磁流量計(jì)由于勵磁頻率低、僅采用簡單的濾波處理，無法克服漿液噪聲的影響，測量結(jié)果波動一般大于20%；為了降低波動而進(jìn)行的大阻尼調(diào)節(jié)，又導(dǎo)致其動態(tài)響應(yīng)時(shí)間長，無法滿足工業(yè)應(yīng)用中測量結(jié)果穩(wěn)態(tài)波動率小于5%和動態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于10s的要求。 為此，本作品同時(shí)從提高勵磁頻率和研究信號處理方法兩方面尋找解決方案。設(shè)計(jì)新穎的高頻勵磁方案，采用線性電源搭建恒流源，并以高壓供電，實(shí)現(xiàn)高頻方波勵磁，保證信號特點(diǎn)的穩(wěn)定；基于大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用概率分析方法，建立漿液流量信號的統(tǒng)計(jì)模型，揭示其本質(zhì)特征；在此基礎(chǔ)上，提出一種基于統(tǒng)計(jì)分析與信號重構(gòu)的漿液流量信號處理方法，去除漿液干擾，獲得準(zhǔn)確和穩(wěn)定的測量結(jié)果；最終采用DSP芯片TMS320F2812研制漿液型電磁流量計(jì)，實(shí)時(shí)進(jìn)行勵磁控制和信號處理，實(shí)現(xiàn)漿液流量的快速、準(zhǔn)確的測量，解決國內(nèi)電磁流量計(jì)無法測量漿液流量的難題。 作品通過水流量標(biāo)定，并與技術(shù)水平先進(jìn)的日本東芝公司的儀表進(jìn)行了漿液流量測量對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，本作品水流量測量精度優(yōu)于0.3%，漿液測量的穩(wěn)態(tài)波動率小于2.5%，動態(tài)跟隨響應(yīng)時(shí)間小于4s，達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用的要求，且性能指標(biāo)優(yōu)于日本東芝公司產(chǎn)品的指標(biāo)（穩(wěn)態(tài)波動率小于3%，響應(yīng)時(shí)間小于6s）。 該作品已由國內(nèi)***的儀表企業(yè)—重慶川儀自動化股份有限公司實(shí)施產(chǎn)業(yè)化，填補(bǔ)了國內(nèi)電磁流量計(jì)漿液測量技術(shù)的空白，有助于打破國外技術(shù)的壟斷，降低國內(nèi)市場對進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，應(yīng)用前景廣闊。
設(shè)計(jì)目的： 解決國內(nèi)電磁流量計(jì)無法測量漿液流量的難題，打破國外技術(shù)壟斷，滿足工業(yè)應(yīng)用中不斷提出的漿液流量測量的需求，為工業(yè)過程控制和節(jié)能減排提供有效的測量手段。 基本思路： 國內(nèi)的電磁流量計(jì)在測量漿液流量時(shí)普遍存在以下兩個問題：(1)勵磁頻率低，受到漿液噪聲的影響很大。雖然試圖提高勵磁頻率，但是勵磁電流無法進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。(2)僅采用簡單的濾波處理，無法克服漿液噪聲造成的大波動。研究發(fā)現(xiàn)，漿液噪聲的幅頻特性滿足1/f分布，在低頻段造成的干擾***大。因此，提高勵磁頻率可使有用信號避開漿液噪聲的低頻段干擾，有助于降低漿液噪聲的影響。因此，我們分別從提高勵磁頻率和研究信號處理方法兩方面來尋找解決方案。 創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵： (1)設(shè)計(jì)基于線性電源的高頻勵磁控制方案，勵磁頻率可以達(dá)到25Hz，勵磁電流很快進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，而目前國內(nèi)***的勵磁頻率只有5Hz。這為克服漿液噪聲提供了前提條件。 (2)基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)方法建立漿液流量信號的模型，揭示了漿液信號幅值服從近似***斯分布的特點(diǎn)。 (3)針對漿液信號的特點(diǎn)，提出基于統(tǒng)計(jì)分析和信號重構(gòu)的漿液信號處理方法，顯著降低了漿液流量測量時(shí)輸出結(jié)果的波動，并提高了響應(yīng)速度。 (4)以DSP芯片為核心，研制漿液型電磁流量計(jì)，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻勵磁控制和漿液信號處理，實(shí)現(xiàn)了漿液流量測量，性能指標(biāo)優(yōu)于技術(shù)水平先進(jìn)的日本東芝儀表。 主要技術(shù)指標(biāo)： 水流量測量精度達(dá)到0.3***； 漿液測量的穩(wěn)態(tài)波動率小于2.5%，動態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于4s。
電磁流量計(jì)由于其自身具有耐磨損、內(nèi)部無節(jié)流件等優(yōu)良特性，將成為測量漿液流量的重要儀表，被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金和造紙等行業(yè)。但是，目前國內(nèi)電磁流量計(jì)由于采用低頻勵磁和簡單的濾波處理方法，無法測量漿液流量，具體表現(xiàn)為測量結(jié)果波動非常大，不滿足工業(yè)應(yīng)用中漿液流量穩(wěn)定快速測量的要求。 在電磁流量計(jì)勵磁方式的研究上，國內(nèi)主要集中在低頻勵磁方面，以及勵磁方式改進(jìn)和對現(xiàn)有勵磁電路性能的改進(jìn)上，沒有專門針對抑制漿液噪聲而具體設(shè)計(jì)高頻方波勵磁控制方案。國外主要采用高頻勵磁或雙頻勵磁來降低漿液噪聲的影響。如日本東芝公司的雙激勵電磁流量計(jì)，擁有兩個勵磁單元。***勵磁單元產(chǎn)生一個頻率在4Hz***8Hz內(nèi)的低頻方波勵磁磁場，第二勵磁單元產(chǎn)生一個頻率在25Hz***35Hz內(nèi)的高頻方波勵磁磁場。日本橫河電機(jī)的雙頻勵磁電磁流量計(jì)，采用高頻75Hz的方波調(diào)制低頻6.25Hz的方波，得到雙頻方波勵磁信號。但是，沒有披露實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。 在信號模型建立上，國內(nèi)目前對電磁流量計(jì)開展的建模研究主要為傳感器中磁場和磁路設(shè)計(jì)的模型、干標(biāo)定模型和氣液兩相流量的三維立體仿真模型等，而針對電磁流量計(jì)傳感器信號開展的建模研究非常少。國外則對交流勵磁的信號模型，明渠式電磁流量計(jì)等進(jìn)行了建模研究。但是，都沒有針對漿液流量的傳感器輸出信號的幅值解調(diào)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立其概率統(tǒng)計(jì)模型的相關(guān)研究。 在對漿液流量信號的處理上，國內(nèi)專利CN101451867（漿液型電磁流量計(jì).2009-6-10）雖設(shè)計(jì)了漿液型電磁流量計(jì)，并提出采用“智能模糊算法”處理漿液噪聲，但沒有給出任何具體設(shè)計(jì)，也無類似的產(chǎn)品問世。國外對于漿液流量的信號處理主要由一些***的儀表企業(yè)掌握。如日本東芝公司的雙激勵電磁流量計(jì)，流量平穩(wěn)時(shí)，根據(jù)***勵磁單元，生成流速信號。流量受漿液等噪聲干擾時(shí)，根據(jù)第二勵磁單元，生成第二流速信號，并據(jù)此測量漿液流量。日本橫河的雙頻勵磁電磁流量計(jì)，采用高頻75Hz的方波調(diào)制低頻6.25Hz的方波，得到雙頻方波勵磁信號。低頻勵磁用于穩(wěn)定信號特點(diǎn)，高頻勵磁用于降低信號中的漿液干擾。日本山武公司提供了一種電磁流量計(jì)，采用一種頻帶衰減的濾波器降低漿液噪聲的影響。但是，具體的技術(shù)細(xì)節(jié)如信號模型和處理方法等都沒有披露，產(chǎn)品占據(jù)了很大的市場份額，且價(jià)格昂貴，是國內(nèi)儀表價(jià)格的2-3倍。