摘要:針(zhen)對電磁流量(liàng)計
測量信号(hao)複雜而微弱(ruò),導緻失真和(hé)幹擾信号被(bei)放大的問題(ti)。依♉據低頻矩(ju)形波勵磁方(fāng)式下電磁流(liú)量計的工作(zuò)⭕原理和流量(liang)與🔞信号的基(ji)本關系,提出(chū)了一種基波(bō)平均值信号(hào)預處理方法(fa),經過分析和(he)試驗證明可(kě)✔️以提高抗幹(gàn)擾能力☀️和動(dòng)态響應，在量(liang)程範圍内，測(ce)量精度達到(dao)0.25%.
工業計量過(guo)程中常用電(dian)磁流量計來(lai)計量管道液(yè)體👅流量,測量(liàng)原理是基于(yu)法拉第電磁(cí)感應定律，随(suí)着電磁流量(liang)計的發展，勵(lì)💚磁方式也得(de)到不斷的改(gǎi)進,現行的電(diàn)磁流量計🏃🏻♂️中(zhōng),低頻矩形波(bo)勵磁方式是(shì)設計人員主(zhǔ)要采用的方(fāng)法.這種勵磁(cí)周期爲工頻(pín)⁉️的整數倍，正(zhèng)負矩形波勵(li)磁技術,明顯(xiǎn)提高了電磁(cí)✂️流量計的抗(kàng)幹擾能力和(he)測量⛱️精度.但(dàn)是對信💃号處(chù)理方法的不(bu)同，将使電磁(cí)流量計的靜(jing)動态流量測(ce)量😍性能有所(suǒ)差異.理❌想的(de)信号處理方(fang)法應保持基(jī)本原理上的(de)純線性和快(kuài)速響應特性(xing)"
1.一般電磁流(liú)量計的信号(hao)處理方式
電(dian)磁流量計的(de)基本原理如(ru)圖1所示,理想(xiang)測量方程㊙️爲(wèi)叫🚩
式中:C爲儀(yí)表常數;B爲感(gǎn)應磁場強度(dù);D爲傳感器管(guǎn)逍🔞直徑;V爲流(liu)體流速;
式(shì)(1)表示電磁流(liú)量計産生的(de)感應電動勢(shì)eab與流體流速(su)V呈🆚線性關✌️系(xì)，但在實際的(de)電磁流量計(jì)工作過程中(zhong)發現，感應的(de)電勢信号上(shang)總是疊加了(le)一系列的幹(gan)擾信号.這些(xiē)幹擾信号的(de)來源主要有(yǒu)工頻幹擾:包(bāo)括串模和共(gòng)模幹擾，數字(zi)電路産生的(de)高頻幹擾💋;微(wēi)分噪聲,同相(xiang)噪聲,低頻💋有(yǒu)色噪聲幹擾(rǎo).電磁流.量計(jì)信号處理方(fang)式的發展就(jiù)是圍繞克服(fú)以上幹擾噪(zao)聲,有效地放(fang)大感應信👨❤️👨号(hao)而發展.
現在(zài)很多電磁流(liu)量計的信号(hao)處理方法采(cǎi)用了電容隔(ge)離法👈,電容隔(ge)離法是将零(ling)點漂移近似(si)作爲直流.處(chu)🏃♀️理的💛一種方(fāng)法,即通過電(diàn)容耦合來隔(ge)離零點🛀🏻漂移(yí)幹擾，實現對(duì)感應電勢信(xìn)号的提取.放(fàng)大處理☁️.基本(běn)電路如圖2.
信(xin)号通過輸人(ren)端差動放大(dà)器A1,A2抑制共模(mó)幹擾,經過電(dian)容C1,C2耦㊙️合♊後由(you)A3放大K倍,于圖(tú)3中的T/2時刻前(qián)采樣保持,經(jing)A6放大後,實現(xian)輸出uo=2Kneab,Ka爲整機(ji)放大倍數.這(zhe)種方法結構(gou)簡單,在電路(lù)原理上容易(yì)實現,對高頻(pín)幹擾可以起(qi)到有效的抑(yì)制作用,但是(shì)抗幹擾能力(lì)🏃♂️特别差,信号(hao)放大後,輸出(chu)非常不穩定(dìng).主要原因是(shì)由于共模🌈幹(gàn)擾的影.響和(he)隔離電容無(wú)法👣隔離零點(diǎn)漂移等并非(fei)真正直⚽流的(de)低頻分量的(de)影響.因此爲(wei)了穩定信号(hao)📐值,隻有提高(gao)采樣🈲保持電(diàn)容C3,C4.參數,對信(xìn)号處理的輸(shu)出級加大濾(lǜ)波的時🙇🏻間常(cháng)數.表面上看(kan)儀表的輸💃出(chū)穩定了,但卻(que)加大了信💘号(hao)對于流體流(liú)速變化的☔響(xiang)應時間.所⭕以(yǐ),這種方法一(yī)般隻适用于(yú)勵磁周期在(zài)8倍以上工頻(pin)周期.的情況(kuang).
在(zai)電容隔離法(fa)基礎上,應用(yong)零點漂移法(fa).基線控制法(fa)🏃♀️"等信号處理(lǐ)方法都能在(zài)一定程度上(shàng)克服電容隔(ge)離🏃法的不足(zu),抑制幹擾,提(tí)高動态響應(ying)速度和線🈲性(xìng)度.
2基波平均(jun1)值轉換的信(xìn)号處理方法(fa)
如上所述,電(dian)容隔離法或(huo)補償電路不(bu)能很好解決(jue)感應信号失(shī)真和幹擾信(xin)号被放大等(deng)問題.經過大(dà)量實驗和對(dui)國外電🔱磁流(liu)量計的研究(jiu),本文提出一(yi)🏒種基波平均(jun)值轉換的信(xin)号處理方法(fǎ)，基于e(t)與峰值(zhi)、平均值、有效(xiao)值成正🎯比關(guan)系，對信号進(jìn)行濾波并采(cǎi)用基波平均(jun1)值處理轉換(huan)🔆的方法，可以(yi)有效提高電(dian).磁流量計抗(kàng)幹🌈擾的能力(li).結構🐉框圖如(rú)圖4.
傳感器輸(shū)出流量信号(hào)十分微弱,爲(wei)幾十微伏的(de)交流信号,并(bìng)疊加了多種(zhong)頻率的噪聲(shēng)幹擾，表示爲(wei)
式中,前兩項(xiàng)爲信号基波(bo)和諧波,後四(sì)項爲幹擾噪(zào)聲(包括零均(jun)值噪聲、共模(mo)噪聲、微分噪(zao)聲、同相幹擾(rǎo)).
信号是對稱(chēng)方波脈沖形(xíng)式,幅值爲幾(jǐ)十微伏,脈沖(chong)寬度🌍50ms,周期200ms,脈(mò)沖占空比爲(wei)0.5,整機放大倍(bei)數2200倍.信号預(yu)處理電路☔爲(wei)帶通濾🌈波器(qi),主要消除諧(xié)波和零均值(zhi)噪聲.式(2)中
微(wei)分噪聲在一(yī)定的流體介(jiè)質下,産生的(de)誤差爲系統(tong)誤
差,可以由(you)信号調理電(dian)路末級的微(wei)分噪聲補償(cháng)電路校準去(qu)除。
可以忽略(lue)。共模幹擾雖(sui)然可以通過(guo)提高電路的(de)共模抑制比(bi)🏃🏻♂️來消除，但實(shi)際上由于元(yuan)器件的溫度(du)系🈲數分🏒散性(xìng)較大,因此不(bu)可能使共模(mo)放大倍數Kc等(děng)于❗零,如采用(yòng)圖2的方法,初(chu)🏃♂️級爲雙端輸(shū)人單端輸出(chū),則共模電壓(yā)e在中間級主(zhu)放大器A3處會(huì)被放大K3倍,這(zhè)樣♌會影響後(hòu)級的信号處(chù)理，采用新的(de)方法提高CMRR,根(gen)據🔅差動放大(da)電☂️路的特點(dian),在第一、第二(èr)級采用四運(yùn)放,差動信号(hào)🧑🏾🤝🧑🏼爲雙端輸出(chu),不經合并直(zhi)接進人下一(yi)級.将第三級(jí)設計爲增益(yì)是1的低通濾(lǜ)波電路,此信(xin)号處理方法(fa)可以使ec不被(bèi)放大,從❄️而避(bì)免影響整🥰機(jī)信🌍号.按CMRR爲100dB計(jì)算,由于🐇采用(yòng)了新的處理(lǐ)方式，差動流(liu)速💘信号放大(da)系數爲Kd=1,所以(yǐ)計🌈算得Ke=10-5,即整(zheng)機信号調理(li)電☔路可以将(jiang)共模幹擾信(xin)号衰減☀️105倍.對(dui)于由電極對(duì)地形成的幹(gan)擾有如下關(guan)系”，
式中:Rj爲勵(lì)磁線圈對電(diàn)極的絕緣電(dian)阻;Rs爲傳感器(qì)感應信号内(nei)🌏阻;r爲傳感器(qì)接地電阻;E勵(lì)磁電壓;當E=24V時(shi),共模幹擾電(dian)🔱壓ec=5mV,經衰減105倍(bei)後隻有0.05μV,此幹(gàn)擾電壓對輸(shu)出不會有影(yǐng)響.通過實驗(yan)證明,CMRR做💞得很(hěn)高時,應用此(cǐ)方法抗幹擾(rao)🤩能力的确很(hen)強。
該電磁流(liu)量計已經得(de)到應用,并依(yī)據JJG198-94《速度式流(liu)量計檢🏒定⭐規(gui)程》,利用質量(liang)法水标準裝(zhuang)置,對采用基(ji)波平均值信(xin)号預處理電(dian)路的電磁流(liu)量計進行檢(jiǎn)定,重複性誤(wù)差爲0.1%,基本誤(wù)差爲0.25%,線性度(dù)0.3%,檢測結果如(ru)表1.
3結語
本文(wen)主要探讨了(le)電磁流量計(jì)在低頻矩形(xing)波勵磁下的(de)信号處理方(fāng)法,并介紹了(le)在信号預處(chu)理過程中,基(ji)波平均值法(fǎ)可以滿足小(xiao)信号放大調(diao)理的苛刻要(yao)求.電磁流量(liang)計還有其他(tā)💘信号處理方(fāng)式，但都無法(fa)脫離🚩濾波、噪(zao)聲抑制等技(ji)術問題，同時(shi)産品化過程(chéng)中還必👅須考(kǎo)慮電路屏蔽(bì)措施、熱電勢(shì)、接點處理方(fāng)法和接⭐地、裝(zhuāng)配工藝等對(dui)信号處理電(dian)路💔的影響,這(zhè)樣才✨能從根(gēn)👅本上提高動(dong)态響應和儀(yi)表精度.
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