摘要(yao):針對(dui)電磁(ci)流量(liang)計 測(ce)量信(xin)号複(fu)雜而(er)微弱(ruo),導緻(zhi)失真(zhen)和幹(gan)擾信(xin)号被(bei)放大(da)的問(wen)題。依(yi)據低(di)頻矩(ju)形波(bo)勵磁(ci)方式(shi)下電(dian)磁流(liu)量計(ji)的工(gong)作原(yuan)理和(he)流量(liang)與🎯信(xin)号的(de)基本(ben)關系(xi),提出(chu)了✊一(yi)種基(ji)波平(ping)均值(zhi)信号(hao)😘預處(chu)理方(fang)法,經(jing)過分(fen)析和(he)試驗(yan)證明(ming)可以(yi)提高(gao)抗幹(gan)擾能(neng)力🚩和(he)動态(tai)響☔應(ying)，在量(liang)程範(fan)圍内(nei)，測量(liang)精度(du)達到(dao)0.25%.
工業(ye)計量(liang)過程(cheng)中常(chang)用電(dian)磁流(liu)量計(ji)來計(ji)量管(guan)道液(ye)體流(liu)量,測(ce)量✊原(yuan)理是(shi)基于(yu)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律，随(sui)着電(dian)磁流(liu)量計(ji)的發(fa)🏃‍♂️展，勵(li)♉磁方(fang)式也(ye)得到(dao)不斷(duan)的改(gai)進,現(xian)行的(de)電磁(ci)🚩流量(liang)計♍中(zhong),低頻(pin)矩形(xing)波勵(li)磁方(fang)式是(shi)設計(ji)人員(yuan)主要(yao)采用(yong)💜的方(fang)法.這(zhe)種勵(li)磁周(zhou)期爲(wei)工頻(pin)🔞的整(zheng)數倍(bei)，正負(fu)矩形(xing)波勵(li)磁技(ji)術,明(ming)顯提(ti)高了(le)電磁(ci)流量(liang)計的(de)抗🔴幹(gan)擾能(neng)力和(he)測量(liang)精度(du).但是(shi)對信(xin)号處(chu)理方(fang)法的(de)⛷️不同(tong)，将使(shi)電磁(ci)流量(liang)計的(de)靜動(dong)态流(liu)量測(ce)量性(xing)能有(you)所差(cha)異.理(li)想的(de)信号(hao)處理(li)方法(fa)應保(bao)持基(ji)🙇‍♀️本原(yuan)理上(shang)🐉的純(chun)線性(xing)和快(kuai)速響(xiang)應特(te)性"
1.一(yi)般電(dian)磁流(liu)量計(ji)的信(xin)号處(chu)理方(fang)式
電(dian)磁流(liu)量計(ji)的基(ji)本原(yuan)理如(ru)圖1所(suo)示,理(li)想測(ce)量方(fang)程爲(wei)叫
 
式(shi)中:C爲(wei)儀表(biao)常數(shu);B爲感(gan)應磁(ci)場強(qiang)度;D爲(wei)傳感(gan)器管(guan)逍直(zhi)徑;V爲(wei)流體(ti)流速(su);
 
式(shi)(1)表示(shi)電磁(ci)流量(liang)計産(chan)生的(de)感應(ying)電動(dong)勢eab與(yu)流體(ti)流㊙️速(su)V呈線(xian)性關(guan)系，但(dan)在實(shi)際的(de)電磁(ci)流量(liang)計工(gong)作過(guo)程中(zhong)發現(xian)，感應(ying)的電(dian)勢信(xin)号上(shang)總是(shi)疊加(jia)了一(yi)系列(lie)的幹(gan)擾信(xin)💛号.這(zhe)些幹(gan)擾信(xin)号的(de)來源(yuan)主要(yao)有工(gong)頻幹(gan)擾:包(bao)括串(chuan)模和(he)共模(mo)幹擾(rao)，數字(zi)電路(lu)産生(sheng)的高(gao)頻幹(gan)擾😘;微(wei)分噪(zao)聲,同(tong)🈲相噪(zao)聲,低(di)頻有(you)色噪(zao)聲幹(gan)擾.電(dian)磁流(liu).量計(ji)信号(hao)處理(li)方式(shi)的發(fa)展就(jiu)是圍(wei)繞克(ke)服以(yi)上幹(gan)擾✂️噪(zao)聲,有(you)效地(di)放大(da)感應(ying)信号(hao)而發(fa)展.
現(xian)在很(hen)多電(dian)磁流(liu)量計(ji)的信(xin)号處(chu)理方(fang)法采(cai)用了(le)電容(rong)隔離(li)法,電(dian)容隔(ge)離法(fa)是将(jiang)零點(dian)漂移(yi)近似(si)作爲(wei)直流(liu).處理(li)的一(yi)種方(fang)法,即(ji)通過(guo)電容(rong)耦合(he)來隔(ge)離零(ling)點漂(piao)移幹(gan)擾，實(shi)現對(dui)感應(ying)電勢(shi)信号(hao)的提(ti)取.放(fang)大處(chu)理.基(ji)本電(dian)路如(ru)圖2.
 
信(xin)号通(tong)過輸(shu)人端(duan)差動(dong)放大(da)器A1,A2抑(yi)制共(gong)模幹(gan)擾,經(jing)過電(dian)容C1,C2耦(ou)合後(hou)由A3放(fang)大K倍(bei),于圖(tu)3中的(de)T/2時刻(ke)前采(cai)樣保(bao)持,經(jing)A6放大(da)後,實(shi)現輸(shu)出uo=2Kneab,Ka爲(wei)整💋機(ji)放大(da)倍數(shu).這種(zhong)方法(fa)結🈲構(gou)簡單(dan),在電(dian)路原(yuan)理上(shang)容易(yi)實現(xian),對高(gao)頻幹(gan)擾可(ke)以起(qi)到有(you)效的(de)抑制(zhi)作用(yong),但是(shi)抗幹(gan)擾能(neng)力特(te)别差(cha),信号(hao)放大(da)後,輸(shu)出非(fei)常不(bu)穩🆚定(ding).主要(yao)原因(yin)是由(you)于共(gong)模⚽幹(gan)擾的(de)影.響(xiang)和隔(ge)離電(dian)容無(wu)法隔(ge)離零(ling)點漂(piao)移♉等(deng)并非(fei)真正(zheng)直流(liu)的低(di)頻分(fen)量的(de)影響(xiang).因此(ci)爲了(le)穩定(ding)信号(hao)值,隻(zhi)有提(ti)高采(cai)樣保(bao)持電(dian)容C3,C4.參(can)數,對(dui)信💁号(hao)處理(li)的輸(shu)出級(ji)加大(da)濾波(bo)的時(shi)間常(chang)數🌈.表(biao)面上(shang)看儀(yi)表的(de)輸出(chu)穩定(ding)了,但(dan)卻加(jia)大了(le)信⁉️号(hao)對于(yu)流體(ti)流速(su)變化(hua)的響(xiang)應時(shi)間.所(suo)♻️以,這(zhe)種方(fang)法一(yi)般隻(zhi)适用(yong)于勵(li)磁周(zhou)期在(zai)8倍以(yi)上工(gong)頻周(zhou)期.的(de)情況(kuang).
 
在電(dian)容隔(ge)離法(fa)基礎(chu)上,應(ying)用零(ling)點漂(piao)移法(fa).基線(xian)控制(zhi)法🐆"等(deng)信号(hao)處理(li)方法(fa)都能(neng)在一(yi)定程(cheng)度上(shang)克服(fu)電容(rong)隔離(li)❗法的(de)不足(zu),抑制(zhi)♊幹擾(rao)❤️,提高(gao)動态(tai)響應(ying)速度(du)和線(xian)🛀🏻性度(du).
2基波(bo)平均(jun)值轉(zhuan)換的(de)信号(hao)處理(li)方法(fa)
如上(shang)所述(shu),電容(rong)隔離(li)法或(huo)補償(chang)電路(lu)不能(neng)很好(hao)解決(jue)感應(ying)信号(hao)失真(zhen)和幹(gan)擾信(xin)号被(bei)放大(da)等問(wen)題.經(jing)過大(da)量實(shi)驗和(he)對國(guo)外電(dian)磁流(liu)量計(ji)的研(yan)究,本(ben)文提(ti)出一(yi)種基(ji)波平(ping)均值(zhi)轉換(huan)的信(xin)号處(chu)理方(fang)法，基(ji)于e(t)與(yu)峰值(zhi)、平均(jun)值、有(you)🌍效值(zhi)成正(zheng)🚶‍♀️比關(guan)系，對(dui)信号(hao)進行(hang)✔️濾波(bo)并采(cai)用基(ji)波平(ping)均🧡值(zhi)處理(li)轉換(huan)💃🏻的方(fang)法，可(ke)以有(you)效提(ti)高電(dian)💚.磁流(liu)量計(ji)抗幹(gan)擾的(de)能力(li).結構(gou)框圖(tu)如圖(tu)4.
 
傳感(gan)器輸(shu)出流(liu)量信(xin)号十(shi)分微(wei)弱,爲(wei)幾十(shi)微伏(fu)的交(jiao)流信(xin)🥵号,并(bing)疊加(jia)了多(duo)種頻(pin)率的(de)噪聲(sheng)幹擾(rao)，表示(shi)爲
 
式(shi)中,前(qian)兩項(xiang)爲信(xin)号基(ji)波和(he)諧波(bo),後四(si)項爲(wei)幹擾(rao)噪㊙️聲(sheng)💜(包✂️括(kuo)零均(jun)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻值噪(zao)聲、共(gong)模噪(zao)聲、微(wei)分噪(zao)聲、同(tong)相幹(gan)擾).
信(xin)号是(shi)對稱(cheng)方波(bo)脈沖(chong)形式(shi),幅值(zhi)爲幾(ji)十微(wei)伏,脈(mo)沖㊙️寬(kuan)度✌️50ms,周(zhou)期200ms,脈(mo)沖占(zhan)空比(bi)爲0.5,整(zheng)機放(fang)大倍(bei)數2200倍(bei).信号(hao)預處(chu)理電(dian)路爲(wei)帶通(tong)濾波(bo)器,主(zhu)要消(xiao)除諧(xie)波和(he)零均(jun)值噪(zao)聲.式(shi)(2)中微(wei)分噪(zao)聲在(zai)一定(ding)的流(liu)體介(jie)質下(xia),産生(sheng)的誤(wu)差爲(wei)系🏒統(tong)誤
差(cha),可以(yi)由信(xin)号調(diao)理電(dian)路末(mo)級的(de)微分(fen)噪聲(sheng)補償(chang)電路(lu)校準(zhun)去除(chu)。可以(yi)忽略(lue)。共模(mo)幹擾(rao)雖然(ran)可以(yi)通過(guo)提高(gao)電路(lu)的共(gong)模抑(yi)制比(bi)💋來消(xiao)除，但(dan)實際(ji)上由(you)于元(yuan)器件(jian)的溫(wen)度系(xi)㊙️數分(fen)散性(xing)較大(da),因此(ci)不可(ke)能使(shi)共模(mo)放大(da)倍數(shu)Kc等于(yu)零,如(ru)采用(yong)圖2的(de)方法(fa),初級(ji)爲雙(shuang)💞端輸(shu)人單(dan)端輸(shu)出,則(ze)共模(mo)電壓(ya)e在中(zhong)間級(ji)主放(fang)大器(qi)A3處會(hui)被放(fang)大K3倍(bei),這樣(yang)🛀🏻會影(ying)響後(hou)級的(de)信号(hao)處理(li)，采用(yong)新的(de)方法(fa)提高(gao)CMRR,根據(ju)☂️差動(dong)放大(da)電路(lu)的特(te)點,在(zai)第一(yi)、第二(er)級采(cai)用四(si)運放(fang),差動(dong)信号(hao)爲雙(shuang)端輸(shu)出,不(bu)經合(he)并直(zhi)接進(jin)人下(xia)一級(ji).将第(di)三級(ji)設計(ji)爲增(zeng)益是(shi)1的低(di)通濾(lü)波電(dian)路,此(ci)信号(hao)♍處理(li)方法(fa)可以(yi)使ec不(bu)被放(fang)大,從(cong)♊而避(bi)免影(ying)響整(zheng)機信(xin)😘号.按(an)CMRR爲100dB計(ji)算,由(you)于采(cai)用了(le)新的(de)處理(li)方式(shi)，差動(dong)流速(su)♈信号(hao)放大(da)系數(shu)爲Kd=1,所(suo)以計(ji)算得(de)Ke=10-5,即整(zheng)機信(xin)号調(diao)理電(dian)👄路可(ke)以将(jiang)共模(mo)幹擾(rao)信号(hao)衰減(jian)105倍.對(dui)于由(you)電極(ji)對地(di)形成(cheng)的幹(gan)擾有(you)如下(xia)關系(xi)”，
 
式中(zhong):Rj爲勵(li)磁線(xian)圈對(dui)電極(ji)的絕(jue)緣電(dian)阻;Rs爲(wei)傳感(gan)器感(gan)應信(xin)号内(nei)阻;r爲(wei)傳感(gan)器接(jie)地電(dian)阻;E勵(li)磁電(dian)壓;當(dang)E=24V時,共(gong)模幹(gan)擾電(dian)壓ec=5mV,經(jing)衰減(jian)105倍後(hou)隻有(you)0.05μV,此幹(gan)擾電(dian)壓對(dui)輸出(chu)不會(hui)有影(ying)響.通(tong)過實(shi)驗證(zheng)明,CMRR做(zuo)💛得很(hen)高時(shi),應用(yong)此方(fang)⚽法抗(kang)幹擾(rao)能力(li)的确(que)很強(qiang)。
該電(dian)磁流(liu)量計(ji)已經(jing)得到(dao)應用(yong),并依(yi)據JJG198-94《速(su)度式(shi)流量(liang)計🚩檢(jian)定規(gui)程》,利(li)用質(zhi)量法(fa)水标(biao)準裝(zhuang)置,對(dui)采用(yong)基波(bo)平均(jun)🤟值信(xin)🐆号預(yu)處理(li)電路(lu)的電(dian)磁流(liu)量計(ji)進行(hang)檢定(ding),重複(fu)性🔱誤(wu)差爲(wei)0.1%,基本(ben)誤差(cha)爲0.25%,線(xian)性度(du)0.3%,檢測(ce)結果(guo)如表(biao)1.
 
3結語(yu)
本文(wen)主要(yao)探讨(tao)了電(dian)磁流(liu)量計(ji)在低(di)頻矩(ju)形波(bo)勵磁(ci)下的(de)㊙️信号(hao)處理(li)方法(fa),并介(jie)紹了(le)在信(xin)号預(yu)處理(li)過程(cheng)中,基(ji)波平(ping)📐均值(zhi)♍法可(ke)以滿(man)😘足小(xiao)信号(hao)放大(da)調理(li)的苛(ke)刻要(yao)求.電(dian)磁流(liu)量計(ji)還有(you)其他(ta)信号(hao)處理(li)方式(shi)，但都(dou)無法(fa)脫離(li)濾波(bo)、噪聲(sheng)抑制(zhi)等技(ji)✔️術問(wen)題，同(tong)時産(chan)品化(hua)過程(cheng)中還(hai)必須(xu)考慮(lü)電路(lu)☂️屏蔽(bi)措施(shi)、熱電(dian)勢、接(jie)點處(chu)🈲理方(fang)法和(he)接地(di)、裝配(pei)工藝(yi)等對(dui)信号(hao)處理(li)電路(lu)的影(ying)響,這(zhe)樣才(cai)能從(cong)根本(ben)上提(ti)高動(dong)态響(xiang)🐇應和(he)儀表(biao)精度(du).

本文(wen)來源(yuan)于網(wang)絡,如(ru)有侵(qin)權聯(lian)系即(ji)删除(chu)！