摘要(yào):針對電(diàn)磁流量(liàng)計 測量(liàng)信号複(fu)雜而微(wei)弱,導緻(zhi)失真和(he)幹擾信(xìn)号被放(fang)大的問(wen)題。依據(ju)低頻矩(ju)形波勵(li)磁方式(shi)下電磁(ci)流量計(ji)的工作(zuo)原理和(hé)流量與(yǔ)信号的(de)基本關(guān)系,提出(chu)了一種(zhong)基波平(ping)均值信(xin)号✨預處(chù)理方法(fa),經過分(fèn)析和試(shi)驗證明(míng)可以提(tí)高抗🔞幹(gan)擾能力(li)和動态(tai)響應，在(zài)量程範(fan)圍内，測(ce)量精度(du)達到0.25%.
工(gōng)業計量(liàng)過程中(zhong)常用電(diàn)磁流量(liàng)計來計(jì)量管道(dao)液🔞體流(liú)量,測量(liàng)原理是(shì)基于法(fa)拉第電(diàn)磁感應(ying)定律，随(suí)着電磁(cí)流‼️量計(ji)的發展(zhǎn)，勵♈磁方(fāng)式也得(dé)到不斷(duàn)的改進(jin),現行的(de)電磁流(liú)量計中(zhong),低頻矩(ju)形波♻️勵(li)磁方式(shì)是設計(jì)人員主(zhǔ)要采用(yong)的方法(fa).這種勵(li)磁周期(qī)爲工頻(pín)的整數(shù)倍，正🔞負(fu)矩形波(bo)勵磁技(jì)術,明顯(xiǎn)提高了(le)電磁流(liú)量計的(de)抗幹擾(rao)能力和(hé)測量精(jīng)度.但是(shi)對信号(hao)處理方(fang)法的不(bú)同，将使(shi)電磁流(liu)量計的(de)㊙️靜動态(tài)流量測(cè)⁉️量性能(neng)有所差(chà)異.理💛想(xiang)的信号(hao)處理方(fang)法應保(bǎo)持基本(ben)原理上(shang)的純線(xian)性和快(kuài)速響應(yīng)特性"
1.一(yi)般電磁(ci)流量計(ji)的信号(hao)處理方(fang)式
電磁(ci)流量計(jì)的基本(ben)原理如(rú)圖1所示(shi),理想測(cè)量方程(chéng)爲叫
 
式(shì)中:C爲儀(yí)表常數(shu);B爲感應(ying)磁場強(qiáng)度;D爲傳(chuán)感器管(guan)逍直🈲徑(jing);V爲流體(ti)流速;
 
式(1)表(biǎo)示電磁(ci)流量計(jì)産生的(de)感應電(diàn)動勢eab與(yu)流體流(liú)速V呈線(xiàn)性關系(xi)，但在實(shi)際的電(diàn)磁流量(liàng)計工作(zuo)過程中(zhong)發現，感(gǎn)應的電(diàn)勢信号(hào)上總是(shì)疊加了(le)一系列(liè)的幹擾(rǎo)信号.這(zhe)些幹擾(rao)信💛号的(de)來源主(zhu)要🤞有工(gōng)頻幹擾(rǎo):包括串(chuàn)模和共(gòng)模幹擾(rao)，數字電(dian)路産生(shēng)的高頻(pín)幹擾;微(wei)分噪聲(shēng),同相噪(zao)聲,低頻(pín)有色噪(zao)聲幹擾(rǎo).電磁流(liú).量🏃‍♀️計信(xin)号處理(lǐ)方式的(de)發展就(jiu)是圍繞(rào)克服以(yi)上幹擾(rao)噪聲,有(yǒu)效地放(fàng)大💯感應(yīng)信号而(ér)發展.
現(xian)在很多(duo)電磁流(liu)量計的(de)信号處(chu)理方法(fǎ)采用了(le)電容隔(ge)離法,電(dian)容隔離(li)法是将(jiāng)零點漂(piāo)移近似(sì)作爲直(zhí)流.處理(lǐ)的一種(zhǒng)方法,即(jí)通過電(diàn)容耦合(hé)來隔離(lí)零點漂(piāo)移幹擾(rǎo)，實現對(duì)感應電(dian)勢信号(hao)的提🧑🏽‍🤝‍🧑🏻取(qǔ).放大處(chu)理💜.基本(ben)電路如(ru)圖2.
 
信号(hao)通過輸(shu)人端差(chà)動放大(da)器A1,A2抑制(zhì)共模幹(gan)擾,經過(guo)電🏃‍♀️容🐆C1,C2耦(ou)合後💃🏻由(yóu)A3放大K倍(bei),于圖3中(zhong)的T/2時刻(ke)前采樣(yang)保持,經(jīng)A6放大後(hou),實現輸(shu)出🈲uo=2Kneab,Ka爲整(zhěng)機放大(da)倍數.這(zhe)種方法(fǎ)結構簡(jiǎn)單,在電(diàn)路🈚原理(lǐ)上容易(yi)實現,對(duì)高頻幹(gan)擾可以(yǐ)起到有(yǒu)效🔞的抑(yì)制作用(yòng),但是抗(kàng)幹擾能(neng)力特别(bié)差,信号(hào)放大後(hou),輸出非(fei)常不穩(wěn)定.主要(yao)原因是(shì)由于共(gòng)模幹擾(rao)的影.響(xiǎng)和🔱隔離(li)電容無(wu)法🌈隔離(li)零點漂(piāo)移等并(bing)非真正(zheng)直🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流的(de)低頻分(fèn)量的影(yǐng)響.因此(cǐ)爲了穩(wěn)定信号(hào)🌂值,隻有(you)提高采(cai)樣🌍保持(chí)電容C3,C4.參(cān)數,對信(xìn)号處理(lǐ)的輸出(chū)級加大(dà)濾波的(de)時⛱️間常(cháng)數.表面(miàn)上看儀(yí)表的輸(shū)出穩定(dìng)了,但卻(que)加大了(le)信☎️号對(dui)于流體(tǐ)流❌速變(bian)化的響(xiǎng)應時間(jian).所以,這(zhe)種方法(fa)💰一般隻(zhi)适用于(yu)勵磁周(zhōu)期在8倍(bei)以上工(gong)頻周期(qī).的情況(kuàng).
 
在(zài)電容隔(ge)離法基(jī)礎上,應(ying)用零點(dian)漂移法(fa).基線控(kong)制法"等(děng)信号處(chù)理方法(fǎ)都能在(zài)一定程(chéng)度上克(ke)服電容(róng)🚩隔離法(fa)的不足(zú)🔞,抑制幹(gàn)擾,提高(gāo)動态響(xiǎng)應速度(dù)和線性(xing)度.
2基波(bo)平均值(zhí)轉換的(de)信号處(chu)理方法(fǎ)
如上所(suǒ)述,電容(rong)隔離法(fǎ)或補償(cháng)電路不(bú)能很好(hǎo)解決感(gǎn)應信号(hào)💋失真和(hé)幹擾信(xin)号被放(fang)大等問(wen)題.經過(guò)大🙇🏻量實(shí)驗和對(duì)國外電(dian)磁流量(liang)計的研(yan)究,本文(wen)提出一(yī)種基波(bo)平均值(zhí)轉換的(de)信号處(chu)理方法(fa)，基于e(t)與(yu)峰值、平(ping)均值、有(you)效值成(chéng)正比關(guan)系，對信(xìn)号進行(hang)濾波并(bing)采用基(jī)波平均(jun)值處理(lǐ)轉換㊙️的(de)方法，可(kě)以有效(xiào)提高電(dian).磁流量(liang)計抗🍓幹(gan)擾的能(neng)力.結構(gou)框圖如(ru)圖4.
 
傳感(gǎn)器輸出(chū)流量信(xìn)号十分(fèn)微弱,爲(wèi)幾十微(wēi)伏的交(jiao)流信号(hào)🏃‍♂️,并🚶‍♀️疊加(jia)了多種(zhong)頻率的(de)噪聲幹(gàn)擾，表示(shì)爲
 
式中(zhong),前兩項(xiàng)爲信号(hào)基波和(hé)諧波,後(hòu)四項爲(wei)幹擾噪(zao)聲(包括(kuò)零均值(zhi)噪聲、共(gòng)模噪聲(sheng)、微分噪(zao)聲、同相(xiàng)幹擾).
信(xin)号是對(dui)稱方波(bō)脈沖形(xing)式,幅值(zhí)爲幾十(shi)微伏,脈(mo)沖寬度(dù)50ms,周期200ms,脈(mo)沖占空(kong)比爲0.5,整(zheng)機放大(dà)倍數2200倍(bèi).信号預(yù)處理電(diàn)路爲帶(dai)通濾波(bo)器,主要(yao)消除諧(xié)波和零(líng)均值噪(zào)聲.式(2)中(zhōng)微分噪(zào)聲在一(yi)定的流(liú)體介質(zhì)下,産生(shēng)的誤差(cha)爲系🈲統(tong)誤
差,可(ke)以由信(xin)号調理(li)電路末(mo)級的微(wēi)分噪聲(sheng)補償電(dian)路♈校準(zhǔn)去除。可(kě)以忽略(luè)。共模幹(gan)擾雖然(ran)可以通(tōng)過提高(gāo)電路的(de)共模抑(yì)制比來(lái)消除，但(dan)實際上(shang)由于元(yuán)器件的(de)溫度系(xi)數分散(sàn)性較大(dà)❄️,因此不(bú)可👅能使(shi)共模放(fang)大倍數(shu)Kc等于零(ling),如采用(yòng)圖2的方(fang)法,初級(jí)爲雙端(duan)輸人💃單(dān)端輸出(chu),則共模(mó)電壓e在(zài)中間級(jí)❌主放大(da)器A3處會(hui)被放大(da)K3倍,這樣(yàng)⭕會影響(xiang)後級的(de)信号處(chu)理，采用(yòng)新的方(fāng)法提高(gao)CMRR,根據🏒差(cha)動放大(da)電👨‍❤️‍👨路的(de)特點,在(zài)第一👣、第(di)二級采(cǎi)用四運(yùn)放,差動(dòng)信号爲(wei)雙端輸(shu)出,不💘經(jing)合并直(zhi)💛接進人(ren)下一級(jí).将第三(san)級設計(jì)爲增🏃🏻益(yi)是1的低(dī)通濾波(bō)電🌈路,此(cǐ)信号處(chu)理方法(fǎ)可以使(shǐ)ec不被放(fang)大,從而(er)避免影(ying)響整機(ji)信号.按(an)CMRR爲100dB計算(suan),由于采(cǎi)用了新(xīn)的處理(lǐ)方式🆚，差(chà)動流速(sù)㊙️信号放(fàng)大系數(shù)爲Kd=1,所以(yi)計算得(de)Ke=10-5,即整機(ji)信号調(diao)理電💃路(lu)可以将(jiang)共模幹(gàn)擾信号(hào)衰減105倍(bei).對于由(yóu)電極對(duì)地形成(chéng)的幹擾(rao)有如下(xià)關系”，
 
式(shi)中:Rj爲勵(li)磁線圈(quān)對電極(ji)的絕緣(yuán)電阻;Rs爲(wei)傳感器(qi)感應信(xìn)号内阻(zu);r爲傳感(gan)器接地(di)電阻;E勵(lì)磁電壓(ya);當E=24V時,共(gòng)模幹擾(rao)電壓ec=5mV,經(jīng)衰減105倍(bei)後隻有(yǒu)0.05μV,此幹擾(rǎo)電壓對(duì)輸出🚶‍♀️不(bu)會有❗影(ying)響.通過(guò)實驗證(zhèng)明,CMRR做得(de)很高時(shí),應用此(ci)方法抗(kang)幹擾能(néng)力的确(que)🏃‍♂️很強。
該(gāi)電磁流(liu)量計已(yǐ)經得到(dao)應用,并(bing)依據JJG198-94《速(su)度式流(liú)量🏃‍♀️計檢(jiǎn)♈定規🤟程(cheng)》,利用質(zhi)量法水(shuǐ)标準裝(zhuang)置,對采(cai)用基波(bo)☔平均😘值(zhi)信🌈号預(yu)處理電(dian)路🌈的電(dian)磁流量(liang)計進行(hang)檢定,重(zhòng)複性誤(wu)差爲0.1%,基(ji)本誤差(chà)爲0.25%,線性(xìng)度0.3%,檢測(ce)結果如(rú)表1.
 
3結語(yǔ)
本文主(zhu)要探讨(tao)了電磁(ci)流量計(jì)在低頻(pin)矩形波(bo)勵磁㊙️下(xià)🈲的信号(hao)處理方(fang)法,并介(jiè)紹了在(zai)信号預(yu)處理過(guò)程🌍中,基(jī)波平均(jun)值法可(kě)以滿💜足(zu)小信号(hao)放大調(diào)理的苛(kē)刻要求(qiu).電磁流(liú)量計還(hái)有其他(ta)信号處(chù)理方式(shì)，但都無(wu)法脫離(lí)濾波、噪(zào)聲抑制(zhi)等技術(shù)問題，同(tóng)時産品(pǐn)化過程(cheng)中還必(bì)須考慮(lü)電路屏(píng)蔽措施(shī)、熱💔電勢(shì)、接點處(chu)理方法(fa)和接地(di)、裝配工(gong)藝等對(duì)信号處(chù)理電路(lu)的影響(xiǎng),這樣才(cái)能從根(gēn)本上提(ti)高動态(tai)響應和(he)儀表精(jing)度.

本文(wen)來源于(yu)網絡,如(ru)有侵權(quán)聯系即(jí)删除！