0引言
　　挖泥船電磁流量計用來指導挖泥船操作施工，防止堵管、悶(men)耙(pa)，與(yu)密(mi)度(du)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)構(gou)成(cheng)產(chan)量(liang)計(ji)，為(wei)施(shi)工(gong)操(cao)作(zuo)與(yu)管(guan)理(li)提(ti)供(gong)決(jue)策(ce)數(shu)據(ju)，有(you)利(li)於(yu)提(ti)高(gao)施(shi)工(gong)效(xiao)率(lv)。其(qi)測(ce)量(liang)介(jie)質(zhi)為(wei)液(ye)固(gu)兩(liang)相(xiang)流(liu)體(ti)，有(you)別(bie)於(yu)通(tong)常(chang)意(yi)義(yi)下(xia)的(de)單(dan)一(yi)介(jie)質(zhi)，測(ce)量(liang)難(nan)度(du)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)。而(er)電磁流量計（EMF）是根據電磁感應定律製成的一種測量導電性流體流量的儀表［1］。與現有各種流量儀表相比，其直線性好、測量精度高、測量範圍和適用範圍廣
、耐腐蝕性能強

，可以解決其他流量計不易解決的問題，如髒汙流

、腐蝕流等的測量［2］。
　　目前國內應用於挖泥船的電磁流量計大多存在零點漂移、轉換精度不高
、流速不穩、kongguanjianceyishichangdengzhuduowenti。duici，womenjinxinglexiangguanyanjiubingtichuxiangyinggaijincuoshi
，xianyiyanfachuyizhongzhuanmenyongyuwanichuandedianciliuliangji
，zaipaxishiwanichuanshangchenggongyingyong
，qudelehenhaodexiaoguo。benwentongguoxinhaochulihekongguanjiancegongnengxiangxijieshaogaixinxingwanichuandianciliuliangji。
1電磁流量計工作原理
　　dianciliuliangjifenweichuanganqihezhuanhuanqiliangbufen。chuanganqishibaliuguoguandaoneidedaodianliutideliusuxinhaozhuanhuanweidianxinhao
，zhuanhuanqishibachuanganqishuchudedianxinhaojinxingyouyongxinhaoshibietiqubingjinxingxiangguanchuli，yongyuzhujixianshi，zhuyaoyoulicidianlu、信號調理電路
、微處理電路等部分組成。圖1為傳感器工作原理示意圖。

　　genjufaladidianciganyingdinglv
，dangyidaotizaicichangzhongyundongerqiegecilixianshi
，zaidaotiliangduanbianhuichanshengganyingdiandongshi。shezaijunyuncichangzhong，chuizhiyucichangfangxiangyouyigezhijingweiD的de管guan道dao。管guan道dao由you不bu導dao磁ci材cai料liao製zhi成cheng，內nei表biao麵mian加jia絕jue緣yuan襯chen裏li。當dang導dao電dian的de液ye體ti在zai管guan道dao中zhong流liu動dong時shi，導dao電dian液ye體ti就jiu切qie割ge磁ci力li線xian
，因yin而er在zai磁ci場chang及ji流liu動dong方fang向xiang垂chui直zhi的de方fang向xiang將jiang產chan生sheng感gan應ying電dian動dong勢shi。如ru果guo在zai管guan道dao截jie麵mian垂chui直zhi於yu磁ci場chang的de直zhi徑jing兩liang端duan安an裝zhuang一yi對dui電dian極ji，隻zhi要yao管guan道dao內nei流liu速suυ為軸對稱分布，兩極之間就會產生感應電動勢［3］，此感應電動勢與流速具有線性關係。其表達式為：
E=K・B・D・V（1）
　　式中：V為測量管道內截麵上的平均流速（m/s）；
K為儀表常數；
D為測量管內直徑（m）；
B為磁感應強度（T）。
　　轉換器將此感應電動勢測出，再根據線性關係式即可得出流速信號。圖2為電磁流量計整體設計示意圖。

　　考(kao)慮(lv)到(dao)傳(chuan)感(gan)器(qi)出(chu)來(lai)的(de)微(wei)弱(ruo)信(xin)號(hao)容(rong)易(yi)在(zai)傳(chuan)輸(shu)線(xian)上(shang)損(sun)耗(hao)，故(gu)而(er)電(dian)極(ji)信(xin)號(hao)調(tiao)理(li)板(ban)和(he)空(kong)管(guan)檢(jian)測(ce)功(gong)能(neng)板(ban)就(jiu)近(jin)放(fang)置(zhi)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)出(chu)線(xian)口(kou)

，調(tiao)理(li)後(hou)經(jing)屏(ping)蔽(bi)線(xian)傳(chuan)輸(shu)至(zhi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)上(shang)的(de)主(zhu)控(kong)電(dian)路(lu)。
　　結(jie)構(gou)上(shang)管(guan)道(dao)本(ben)身(shen)就(jiu)是(shi)個(ge)大(da)的(de)屏(ping)蔽(bi)體(ti)，防(fang)止(zhi)勵(li)磁(ci)線(xian)圈(quan)磁(ci)場(chang)泄(xie)露(lu)
，信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)線(xian)傳(chuan)輸(shu)
，減(jian)少(shao)線(xian)與(yu)線(xian)之(zhi)間(jian)信(xin)號(hao)幹(gan)擾(rao)

，以(yi)及(ji)空(kong)間(jian)傳(chuan)播(bo)的(de)幹(gan)擾(rao)，保(bao)證(zheng)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)。
　　電路上采用雙核主從式控製，方便流速測量及其空管檢測，克服了以往電磁流量計需要配合密度計來使用的缺陷；同時利用微機技術，使其各方麵性能大大提高
，更加智能化
，更加便於管理施工。
2勵磁方式的合理選擇
　　目前國產挖泥船流量計大多采用低頻方波勵磁方式，其主要特點是能避免零點漂移及無正交幹擾

，抗同相幹擾能力較好［4］。但(dan)對(dui)於(yu)液(ye)固(gu)兩(liang)相(xiang)流(liu)體(ti)而(er)言(yan)
，當(dang)固(gu)體(ti)顆(ke)粒(li)撞(zhuang)擊(ji)電(dian)極(ji)
，表(biao)麵(mian)電(dian)位(wei)變(bian)化(hua)形(xing)成(cheng)尖(jian)峰(feng)狀(zhuang)噪(zao)聲(sheng)，信(xin)號(hao)呈(cheng)現(xian)大(da)幅(fu)度(du)波(bo)動(dong)。而(er)低(di)頻(pin)方(fang)波(bo)勵(li)磁(ci)不(bu)能(neng)從(cong)硬(ying)件(jian)技(ji)術(shu)上(shang)消(xiao)除(chu)這(zhe)種(zhong)由(you)於(yu)衝(chong)擊(ji)造(zao)成(cheng)的(de)幹(gan)擾(rao)，要(yao)實(shi)現(xian)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)的(de)穩(wen)定(ding)，隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)勵(li)磁(ci)頻(pin)率(lv)外(wai)加(jia)軟(ruan)件(jian)手(shou)段(duan)加(jia)以(yi)消(xiao)除(chu)，但(dan)有(you)兩(liang)方(fang)麵(mian)的(de)缺(que)陷(xian)：
（1）挖(wa)泥(ni)船(chuan)上(shang)工(gong)況(kuang)複(fu)雜(za)，挖(wa)泥(ni)工(gong)況(kuang)與(yu)合(he)適(shi)勵(li)磁(ci)頻(pin)率(lv)匹(pi)配(pei)問(wen)題(ti)很(hen)難(nan)完(wan)美(mei)解(jie)決(jue)，隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)現(xian)場(chang)不(bu)斷(duan)調(tiao)試(shi)較(jiao)合(he)適(shi)的(de)頻(pin)率(lv)參(can)數(shu)。同(tong)一(yi)工(gong)地(di)不(bu)同(tong)土(tu)質(zhi)都(dou)需(xu)要(yao)改(gai)變(bian)頻(pin)率(lv)參(can)數(shu)，以(yi)目(mu)前(qian)的(de)現(xian)場(chang)條(tiao)件(jian)及(ji)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)，要(yao)做(zuo)到(dao)這(zhe)一(yi)步(bu)非(fei)常(chang)困(kun)難(nan)，目(mu)前(qian)基(ji)本(ben)上(shang)采(cai)用(yong)大(da)體(ti)上(shang)可(ke)測(ce)量(liang)的(de)單(dan)一(yi)頻(pin)率(lv)。
（2）caiyongruanjianlvbojiangdiyouchongjizaoshengchanshengdebodongfudu，bodongfudupinghuachengduyuegao，zeceliangjieguodezhenshixingheshishixingjiuyuecha，henduoqingkuangxiahuidaozhiceliangjieguoshizhen，youqidanggaoliusu、固體含量高、大顆粒的工況。
　　而采用工頻（50Hz）電dian源yuan交jiao流liu勵li磁ci方fang式shi，消xiao除chu了le電dian極ji表biao麵mian的de極ji化hua於yu擾rao
，抗kang固gu體ti顆ke粒li撞zhuang擊ji電dian極ji形xing成cheng尖jian峰feng狀zhuang噪zao聲sheng能neng力li強qiang。由you於yu磁ci場chang是shi交jiao變bian的de，所suo以yi輸shu出chu信xin號hao也ye是shi交jiao變bian信xin號hao
，放fang大da和he轉zhuan換huan低di電dian平ping的de交jiao流liu信xin號hao要yao比bi直zhi流liu信xin號hao容rong易yi得de多duo。但dan值zhi得de注zhu意yi的de是shi
，用yong交jiao流liu勵li場chang會hui帶dai來lai一yi係xi列lie的de電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti。例li如ru正zheng交jiao幹gan擾rao、tongxiangganraodeng
，zhexieganraoxinhaoyuyouyongdeliuliangxinhaohunzazaiyiqi。yinci

，ruhezhengquequfenliuliangxinhaoyuganraoxinhao，bingruheyouxiaodiyizhihepaichugezhongganraoxinhao，jiuchengweijiaoliulicidianciliuliangjichenggongyingyongyuyeguliangxiangliuticeliangdeguanjiandian。
3信號處理的改進
　　液固兩相流介質（尤其含大塊顆粒的情況）與測量管道的摩擦及對測量元件不定時的衝擊，會產生大量強度的幹擾信號
，常規信號處理技術會造成測量結果大幅度波動、回零等現象，情況嚴重時會失去測量意義。對於信號處理有兩個難點：第一，如何將微弱的流量信號與幹擾信號區分開來
；第二，如何保證測量的實時性和正確率。解決幹擾的辦法：
（1）首先需要設計合理的回路結構，利用信號調理電路減少大部分幹擾信號。
（2）主控製電路上通過相敏檢波等一係列硬件電路再結合軟件進行相位補償和零位補償進一步消除正交幹擾信號和同相幹擾。　　weilebaozhengceliangdeshishixinghezhunquexing
，xianjianglicixinhaoheganshengdianshixinhaojinxingshuzilvbo，zailiyongruanjiansuanfajinxingchufayunsuandedaoliusuxinhao
，jiecilaidedaowendingdeshishiliusu。
主控製電路總體設計方案如圖3所示。

　　電極檢測出的微弱感應電動勢E，先經前置放大器的放大和噪聲抑製而成為大幅度低阻抗的電壓信號。此信號經相敏檢波後，給CPU進行數字濾波、處理和控製，通過利用雙線性變換法將模擬的二階巴特沃斯低通濾波器轉換為數字式濾波器，既簡化電路設計，且可靠性高、穩定性好。通過編寫軟件CPU能對放大器的溫度漂移及零點漂移給予補償，並在測量的全量程範圍內分10段對信號進行非線性修正，使得測量值更好地擬合真實數據。
　　空管檢測電路上，CPU作為從控製器。當主控製電路上發出空管檢測查詢信號wire
，從控製器進行識別後接收並判斷出查詢什麼信號，然後產生應答信號上傳至主控芯片輸出顯示
；當檢測為空管信號時，從CPU發出的zero信號通過控製MOS管開關來關斷流速輸出。在應用中，對於微弱信號的放大及提取還需注意PCB板設計時EMI電磁屏蔽考慮，屏蔽來自空間磁場的幹擾
、周邊設備的輻射造成的幹擾和板內之間的幹擾，如數模分離、強弱電分離等等。
4空管檢測功能的實現方法研究
　　dianciliuliangjideceliangfangchengshijianlizailiutimanguanyuceliangguandaodetiaojianzhixiade，zaishijiliuliangkongzhizhongzhuyaoshijiejuechuanganqichuyukongguanzhuangtaixiadeliuliangzhibisuowenti［5］
，具體是指當傳感器電極部分或全部從流體中裸露出來時
，係統應及時檢查到這一狀態並掐斷流速，使流量計輸出為0。由電磁流量計（兩電極）傳感器與信號放大器組成如圖4所示信號測量關係。

　　其中S1
、S2分別為兩個電極，其等效原理如圖5所示。電路為對稱結構
，圖中e1和Z1分別是傳感器的流量信號和對應的流體阻抗，Z0為放大器的輸入阻抗。

　　如圖6所示為附加激勵的實際原理圖。其中R是流體電阻
，C1是激勵源與傳感器電極及其放大器輸入的隔直電容，C2是信號電纜的對地電容［6］。

　　國內EMF大都采用密度計跟流量計配套使用，當密度計檢測密度為0shi
，panduanweikongguan
，guanduanliuliangjishuchu。yeyoubufendianciliuliangjishangshiyongkongguanjiancegongneng，danyouyucaiyongxiangduidiandaolvzuoweipanduanyiju，yidanguandaoneiyouzawuliuguohuozhezhuangjidianjishi
，douyoukenengshidexiangduidiandaolvjijubianhua。youyuwanichuanguandaoneiliudongdeshiyeguliangxiangliuti
，congerwupanweikongguan，daozhizhengchangshigongguochengzhong，liusuceliangzhihuilingxianxiangshiyoufasheng
，yingxianggongchengjinduheshigongliangdejisuan。
　　采用絕對電導率測量方法
，既可方便流量計獨立使用，也克服了相對電導率方法的弊端。解決的難點在於：一是如何將空管檢測信號與正常流速信號分離開
，二是如何在信號線上走電源信號。解決的方法在於空管檢測信號利用高頻激勵與50Hz流速信號區分開
，但是頻率過高容易引起電極間電容產生極化效應且不利於PCB布板
，最後綜合考慮使用周期為16μs的de高gao頻pin正zheng弦xian波bo勵li磁ci。將jiang空kong管guan檢jian測ce信xin號hao采cai用yong數shu據ju流liu進jin行xing傳chuan輸shu
，實shi現xian信xin號hao線xian的de單dan線xian複fu用yong。為wei了le保bao證zheng微wei弱ruo的de空kong管guan檢jian測ce信xin號hao不bu失shi真zhen傳chuan輸shu
，在zai流liu量liang計ji信xin號hao調tiao理li板ban上shang就jiu近jin進jin行xing信xin號hao處chu理li後hou

，通tong過guo屏ping蔽bi電dian纜lan傳chuan輸shu至zhi主zhu控kong電dian路lu。空kong管guan檢jian測ce信xin號hao采cai用yong單dan片pian機ji控kong製zhi，可ke定ding時shi采cai集ji當dang前qian流liu體ti的de電dian導dao率lv，與yu空kong管guan檢jian測ce的de閾yu值zhi相xiang比bi較jiao，還hai可ke采cai樣yang勵li磁ci電dian流liu並bing判pan斷duan勵li磁ci是shi否fou出chu現xian開kai路lu或huo者zhe短duan路lu故gu障zhang。兩liang電dian極ji之zhi間jian流liu體ti電dian阻zu計ji算suan公gong式shi如ru下xia：

　　由於兩電極之間阻值不僅與溶液自身有關，還與管道的內徑、電極的截麵積有關，因而將空管檢測的閾值設定為一個可調參數
，使其適用範圍更廣。這款大口徑管道上的電磁流量計監測出管內空管、勵磁開路或短路時，或者流量超出設定上、下限值時
，便會自動報警並作出相應動作。
5結論
　　將(jiang)本(ben)文(wen)所(suo)述(shu)新(xin)型(xing)挖(wa)泥(ni)船(chuan)電(dian)磁(ci)流(liu)量(liang)計(ji)安(an)裝(zhuang)到(dao)挖(wa)泥(ni)船(chuan)後(hou)
，從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)解(jie)決(jue)了(le)挖(wa)泥(ni)施(shi)工(gong)過(guo)程(cheng)中(zhong)流(liu)速(su)測(ce)量(liang)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)問(wen)題(ti)
，並(bing)且(qie)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)的(de)實(shi)時(shi)性(xing)得(de)到(dao)極(ji)大(da)提(ti)高(gao)，有(you)效(xiao)測(ce)量(liang)時(shi)間(jian)最(zui)短(duan)可(ke)達(da)到(dao)200ms。此外設備精度達到0.5級，在指導挖泥施工過程中發揮了良好作用。

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