摘要:針對(dui)電磁流量(liang)計 測量信(xin)号複雜而(er)微弱,導緻(zhì)失真和幹(gan)擾信号被(bei)放大的🔴問(wèn)題。依據低(dī)頻矩形波(bo)勵磁方式(shi)下電磁流(liú)量計的工(gōng)作🔞原理和(he)流量與信(xìn)号的基本(ben)關系,提出(chu)了⛱️一種基(jī)波平均值(zhi)信号🏃‍♀️預處(chù)理方法,經(jīng)過分析和(he)試驗證明(míng)可以提高(gao)抗幹擾能(néng)力和動态(tai)響💋應，在量(liang)程範圍内(nèi)，測量精度(dù)達到0.25%.
工業(ye)計量過程(chéng)中常用電(dian)磁流量計(jì)來計量管(guan)道液體㊙️流(liú)量,測💃量㊙️原(yuán)理是基于(yú)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律，随着電(dian)磁流量計(ji)的發展，勵(lì)㊙️磁方式也(yě)得到不斷(duàn)的改進,現(xiàn)行的電磁(ci)🚩流量計中(zhong),低頻💯矩形(xing)波勵磁方(fang)式是設計(jì)人員主要(yao)采用的方(fāng)法.這種勵(lì)磁周👈期爲(wèi)工頻🐇的整(zhěng)數倍，正負(fù)矩形波勵(lì)磁技術,明(míng)顯提高了(le)電磁流量(liàng)計的抗幹(gàn)擾能力和(he)測量精度(dù).但是對信(xìn)♻️号處理方(fāng)法的🆚不同(tong)，将使電磁(cí)流量計的(de)💰靜動态流(liu)量測量性(xing)能有所差(chà)異.理🌍想的(de)信号處理(lǐ)方法應保(bao)持基🌏本原(yuan)理上的純(chun)線性和快(kuai)速響應特(tè)性"
1.一般電(dian)磁流量計(ji)的信号處(chu)理方式
電(dian)磁流量計(jì)的基本原(yuán)理如圖1所(suǒ)示,理想測(ce)量方程💃爲(wèi)叫
 
式中:C爲(wèi)儀表常數(shu);B爲感應磁(cí)場強度;D爲(wèi)傳感器管(guan)逍✨直徑⛹🏻‍♀️;V爲(wei)流體流速(sù);
 
式(shi)(1)表示電磁(cí)流量計産(chǎn)生的感應(ying)電動勢eab與(yǔ)流體流速(sù)V呈線性關(guan)系，但在實(shi)際的電磁(cí)流量計工(gong)作過程中(zhōng)發💞現，感㊙️應(yīng)的電勢信(xìn)号上總是(shì)疊加了一(yī)系列的幹(gan)擾信号.這(zhe)些幹擾信(xìn)🥵号的來源(yuán)主要有工(gong)頻幹擾:包(bao)括串模和(he)共模幹擾(rǎo)，數字電🆚路(lù)産生的高(gāo)頻幹擾;微(wei)分噪聲,同(tong)相噪聲,低(di)頻⛱️有色噪(zào)聲幹🌈擾.電(diàn)磁流.量計(jì)信号處理(lǐ)方式的發(fa)展就是圍(wei)繞克服以(yi)上幹擾噪(zào)聲,有效地(dì)放大感應(ying)信号而發(fā)展.
現在很(hěn)多電磁流(liú)量計的信(xin)号處理方(fang)法采用了(le)電容隔離(lí)法,電容隔(ge)離法是将(jiang)零點漂移(yí)近似作爲(wèi)直流.處理(lǐ)的一種方(fāng)法,即通過(guò)電容耦合(hé)來隔離零(líng)點漂移幹(gan)擾，實現🔆對(dui)感應電勢(shi)信号的提(ti)取.放大處(chu)理.基本電(dian)路如圖2.
 
信(xìn)号通過輸(shū)人端差動(dòng)放大器A1,A2抑(yi)制共模幹(gan)擾,經過電(dian)容C1,C2耦合後(hou)💋由A3放大K倍(bei),于圖3中的(de)T/2時刻前采(cǎi)樣保持,經(jing)A6放大後,實(shi)現輸出uo=2Kneab,Ka爲(wei)整機放大(da)倍數.這種(zhong)方法結構(gòu)簡單🈲,在電(diàn)路原理上(shang)容易實🍓現(xiàn),對高頻幹(gàn)擾可以🚶起(qǐ)到有效💃🏻的(de)抑制作用(yong),但是抗幹(gàn)擾能力特(te)别差,信🙇‍♀️号(hào)放大後,輸(shu)出非常不(bu)穩定.主要(yao)原因📐是由(yóu)于共模幹(gàn)擾的影.響(xiǎng)🌍和隔離電(dian)容無法隔(ge)離零點漂(piao)移等并非(fēi)真正直流(liu)的低頻分(fen)量的影響(xiang).因此爲了(le)穩定信号(hao)值,隻有提(tí)高采樣💔保(bao)持電容C3,C4.參(cān)數,對信号(hào)處理的輸(shu)出級加大(dà)濾波的時(shí)間常數💃🏻.表(biao)面上看儀(yí)表的輸出(chū)穩定了,但(dàn)卻加♍大了(le)信号對于(yú)流體流速(sù)變化的響(xiǎng)應時間.所(suo)以,這種方(fāng)法一般隻(zhi)适用于勵(lì)磁周期在(zài)8倍以上工(gōng)頻周期.的(de)情💃🏻況.
 
在電容隔(ge)離法基礎(chǔ)上,應用零(líng)點漂移法(fa).基線控制(zhì)法"等信号(hao)處💚理方法(fǎ)都能在一(yī)定程度上(shàng)克服電容(róng)隔離法的(de)不足🐅,抑制(zhì)幹擾,提高(gāo)動态響應(ying)速度和線(xian)性度.
2基波(bo)平均值轉(zhuǎn)換的信号(hao)處理方法(fa)
如上所述(shu),電容隔離(lí)法或補償(cháng)電路不能(néng)很好解決(jue)感應信号(hao)♊失真和幹(gan)擾信号被(bèi)放大等問(wen)題.經過大(dà)🔞量實驗和(he)對國外電(dian)🔴磁流量計(jì)的研究,本(ben)文提出一(yī)種基波平(píng)均值轉換(huàn)的信号處(chu)理方法，基(ji)于e(t)與峰值(zhí)、平均值、有(you)效值成正(zhèng)比關系，對(duì)信号進行(hang)濾波并采(cai)用基波平(ping)均🈲值處理(li)轉換㊙️的方(fang)法，可以有(yǒu)效提高電(diàn).磁流量計(jì)抗幹🌍擾的(de)能力.結構(gòu)框圖如圖(tú)4.
 
傳感器輸(shu)出流量信(xin)号十分微(wēi)弱,爲幾十(shí)微伏的交(jiao)🏃🏻流信🔴号,并(bìng)疊✨加了多(duo)種頻率的(de)噪聲幹擾(rǎo)，表示爲
 
式(shi)中,前兩項(xiàng)爲信号基(jī)波和諧波(bō),後四項爲(wèi)幹擾噪聲(shēng)(包括🍓零均(jun1)值噪聲、共(gong)模噪聲、微(wēi)分噪聲、同(tóng)相幹擾).
信(xin)号是對稱(cheng)方波脈沖(chòng)形式,幅值(zhi)爲幾十微(wei)伏,脈沖寬(kuan)度50ms,周期200ms,脈(mò)沖占空比(bǐ)爲0.5,整機放(fàng)大倍數2200倍(bèi).信号預處(chù)理電路爲(wèi)帶通濾波(bo)器♋,主要消(xiāo)除諧波和(hé)零均值噪(zào)聲.式(2)中微(wēi)分噪聲在(zài)一定的流(liu)體介質下(xià),産生的誤(wù)差爲系統(tong)誤
差,可以(yi)由信号調(diao)理電路末(mò)級的微分(fèn)噪聲補償(cháng)電路㊙️校準(zhun)去除。可以(yi)忽略。共模(mó)幹擾雖然(rán)可以通過(guo)提高電路(lu)的共模抑(yì)制比來消(xiao)除，但實際(jì)上由于元(yuan)器件的溫(wen)度系數分(fèn)散性較大(da),因此不可(kě)能使共模(mo)放大倍數(shu)Kc等于零,如(ru)采用圖2的(de)方法,初級(jí)爲雙端輸(shu)人單端輸(shū)出,則共模(mo)電壓e在中(zhōng)間級主放(fang)大器A3處會(hui)被放大K3倍(bèi),這樣🐕會影(yǐng)響後級的(de)信号處理(li)，采用新的(de)方法提高(gao)CMRR,根據💃🏻差動(dòng)放大電📞路(lù)的特點,在(zài)第一、第二(er)級采用四(sì)運放‼️,差動(dòng)信号爲雙(shuāng)端輸出,不(bu)經合并直(zhi)接進人下(xia)一級.将第(dì)三級設計(ji)爲增益是(shi)1的低通濾(lǜ)波電路,此(ci)信号處理(li)方法可以(yi)使ec不被放(fàng)大,從而避(bì)免影響整(zheng)機信号.按(àn)CMRR爲100dB計算,由(yóu)于采用了(le)新的處理(li)方式，差動(dòng)流速信号(hào)放大系數(shu)爲Kd=1,所以計(jì)算得Ke=10-5,即整(zheng)機信号調(diào)理電✔️路可(kě)以将共模(mó)幹擾信号(hào)衰減🔞105倍.對(dui)于由電極(jí)對地形成(chéng)的幹擾有(you)如下關系(xì)”，
 
式中:Rj爲勵(li)磁線圈對(duì)電極的絕(jué)緣電阻;Rs爲(wèi)傳感器感(gan)🈲應信号⚽内(nei)阻;r爲傳感(gǎn)器接地電(dian)阻;E勵磁電(dian)壓;當E=24V時,共(gòng)模幹㊙️擾電(diàn)壓ec=5mV,經衰減(jian)105倍後隻有(yǒu)0.05μV,此幹擾電(dian)壓對輸出(chu)🌈不會有影(yǐng)響.通過實(shí)驗🐆證明,CMRR做(zuo)得很高時(shí),應用此方(fang)法抗幹擾(rao)能力的确(què)很強。
該電(diàn)磁流量計(ji)已經得到(dào)應用,并依(yī)據JJG198-94《速度式(shì)流量計檢(jiǎn)定🏃‍♀️規程》,利(lì)用質量法(fǎ)水标準裝(zhuang)置,對采用(yòng)基波平均(jun1)值信号預(yù)處理🏒電路(lu)的電磁流(liu)量計進行(háng)檢定,重複(fu)性誤差爲(wei)0.1%,基本誤差(chà)爲0.25%,線🈲性度(dù)0.3%,檢測結果(guǒ)如表1.
 
3結語(yǔ)
本文主要(yào)探讨了電(dian)磁流量計(ji)在低頻矩(ju)形波勵磁(cí)下的信号(hao)處理方法(fa),并介紹了(le)在信号預(yù)處理過程(cheng)中,基波平(píng)均值法可(kě)以滿足小(xiao)信号放大(dà)調理的苛(ke)刻要求.電(dian)磁流量計(jì)還有其他(ta)♍信号處📧理(lǐ)方式，但都(dōu)無法脫離(li)濾波、噪聲(shēng)抑制等技(ji)術問題，同(tong)時産品化(huà)㊙️過程中還(hai)必須考慮(lü)電路屏蔽(bì)措施、熱電(dian)勢、接點處(chù)理方法和(hé)接地、裝配(pei)工藝等對(dui)🧡信号處理(li)電路的影(yǐng)響,這樣才(cái)⚽能從根本(ben)上提🏃🏻‍♂️高動(dòng)态響♈應和(hé)儀表精度(dù).

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