摘要：傳(chuán)統(tǒng)電磁(cí)流量計(jì)
在(zài)消除微分(fèn)幹(gàn)擾時大(dà)多(duō)數采(cǎi)用在硬(yìng)件電路.上消除或者(zhě)避(bì)開(kāi)微分(fèn)幹擾(rǎo)時段進行采樣(yàng)，很少(shǎo)研究(jiū)影響(xiǎng)幹(gàn)擾的原(yuán)因。基于(yú)真(zhēn)實電極情況，建(jiàn)立電極回路測量模(mó)型并基(jī)于模型進行(háng)電極(jí)信号(hào)仿真，研(yán)究了傳(chuán)感器參數(shù)和電極參數變化對(duì)微分幹擾(rǎo)的影響。結果表明，當(dāng)參數取值(zhí)不同時尖峰幹擾也(yě)不相同(tóng)，從而爲(wèi)研究(jiū)和消除幹(gàn)擾減(jiǎn)小測量誤(wù)差提供理論依(yī)據。
引言
電(diàn)磁流量計是基于法(fǎ)拉第電(diàn)磁(cí)感應定律的流量儀(yí)表，主要(yào)由傳感器和變送(sòng)器組(zǔ)成，傳感器(qì)将待(dài)測流(liú)體轉換成(chéng)電(diàn)信号,變(biàn)送器(qì)對電(diàn)信号進行(háng)一系列的處理(lǐ)轉換成實際對(duì)應的流(liú)量。理想(xiǎng)情況下電(diàn)極上(shàng)感應(yīng)出的電勢與流體流速成正比(bǐ)，但在實際中電(diàn)極信(xìn)号摻(chān)雜許多幹擾信(xìn)号，主要(yào)的(de)幹(gàn)擾爲微分幹(gàn)擾、同(tóng)向幹擾(rǎo)、工(gōng)頻幹(gàn)擾、共(gòng)模幹(gàn)擾、串(chuàn)模(mó)幹擾、漿液幹(gàn)擾和極(jí)化幹擾(rǎo)等。爲(wèi)确保(bǎo)流量(liàng)計測量(liàng)準确性須對(duì)幹(gàn)擾進行(háng)抑(yì)制，如采(cǎi)用交(jiāo)流勵磁克服極(jí)化幹擾、高(gāo)共模抑制比差分放(fàng)大器(qì)克服共模(mó)幹(gàn)擾(rǎo)、勵磁頻率(lǜ)爲工頻(pín)整數倍(bèi)克服(fú)工頻幹擾(rǎo)、良好接地(dì)技術(shù)和靜電屏(píng)蔽克服串(chuàn)模(mó)幹擾、漿(jiāng)液噪(zào)聲符(fú)合1/f特(tè)性可通(tōng)過(guò)提高勵磁(cí)頻(pín)率(lǜ)加以(yǐ)克服。經上(shàng)述信号處理方法之(zhī)後電極上主要的幹(gàn)擾爲微分(fèn)幹擾。當采(cǎi)用交(jiāo)流勵(lì)磁時(shí)，由于(yú)存在勵磁線圈等效電(diàn)感，勵磁(cí)切換過程(chéng)中勵磁電流存(cún)在漸(jiàn)變過(guò)程(chéng)，在這一(yī)過程中磁感應(yīng)強度處于非穩定狀态，變(biàn)化的磁場穿(chuān)過由被測流(liú)體、測(cè)量電(diàn)極、電極引出線(xiàn)和變送器共同(tóng)組成的閉合回(huí)路，實際中(zhōng)該回(huí)路不可(kě)能與磁力線保持平行(háng)，此時(shí)勵磁(cí)線圈相當(dāng)于變壓器(qì)的初級線圈，閉(bì)合回路等價于(yú)隻有一匝(zā)的次(cì)級線(xiàn)圈(quān)且回路(lù)大小可等(děng)效爲(wèi)回路電感。根據(jù)“變壓器效應”會(huì)産生(shēng)一個尖峰(fēng)即微分幹(gàn)擾疊(dié)加在(zài)電極(jí)上，影(yǐng)響流量(liàng)的測量(liàng)。
數據采集分析(xī)
1.1現場實驗(yàn)
針對(duì)電磁(cí)流量計測(cè)量水煤漿時出(chū)現較大波動，甚(shèn)至回(huí)零這一問(wèn)題，特去某煤化(huà)工企業進行現(xiàn)場數據采集。該(gāi)公司所使(shǐ)用的(de)對置式四噴嘴(zuǐ)氣化爐有4個噴(pēn)嘴，噴(pēn)嘴管道口(kǒu)徑爲125mm,管(guǎn)中水煤(méi)漿流量基本穩(wěn)定在19m2/h(流(liú)速約爲(wèi)0.48m/s)。每條(tiáo)噴嘴煤漿(jiāng)線_上安裝(zhuāng)了3台(tái)電磁流量(liàng)計，每(měi)台電磁流量計(jì)由傳(chuán)感器和變(biàn)送(sòng)器兩部分組(zǔ)成。選(xuǎn)擇(zé)其中1條(tiáo)水煤漿管(guǎn)線上(shàng)的1台電磁流量計進(jìn)行數(shù)據采集，因(yīn)爲(wèi)該台電(diàn)磁流(liú)量計測量(liàng)結果(guǒ)波動大，甚(shèn)至出現回零的現象(xiàng)。将課題組(zǔ)研制的基于dsp的(de)電磁流量變送(sòng)器的(de)信号(hào)線和勵磁(cí)線接到該(gāi)電磁(cí)流量傳感(gǎn)器(qì)的電極(jí)和勵(lì)磁線圈上(shàng),組合成完整的電磁(cí)流量(liàng)計,進行水煤漿數據采集(jí)。使用的電(diàn)磁流(liú)量變(biàn)送器(qì)是以(yǐ)ti公司(sī)dsp芯片tms320f28335爲核心，采用高頻勵(lì)磁方案，其硬件(jiàn)主要(yào)包括(kuò)勵磁(cí)控制(zhì)系統和信(xìn)号采(cǎi)集處理系(xì)統，具體的(de)模塊有勵(lì)磁驅動模(mó)塊(kuài)、信号調理采(cǎi)集模塊、信号處(chù)理控(kòng)制模塊、人(rén)機接(jiē)口模塊、通(tōng)信模塊及(jí)電源管理模塊。信号(hào)調理采集(jí)模(mó)塊(kuài)中的調理電路(lù)對一(yī)次儀表輸出的信号進行(háng)放(fàng)大(dà)和濾波，截(jié)止頻率是2khz,放大倍數約爲(wèi)230倍。通(tōng)過ni公司usb-6216型号的(de)數據采集卡進行(háng)數(shù)據采集，把(bǎ)調理(lǐ)電(diàn)路(lù)的輸出端連接(jiē)到數(shù)據采集(jí)卡的一(yī)個差(chà)分(fèn)輸人端(duān)，并設置數據采(cǎi)集卡工作(zuò)在差(chà)分的測(cè)量(liàng)模式(shì)，設置采集卡的(de)采樣頻(pín)率爲10khz.采(cǎi)集多(duō)組水煤漿(jiāng)信号數(shù)據，每組數據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度爲(wèi)5min.
1.2數據(jù)分析
現場(chǎng)采集了25hz方(fāng)波勵磁下(xià)的水(shuǐ)煤漿信(xìn)号，發(fā)現水煤漿信号的(de)幅值(zhí)非(fēi)常大，甚(shèn)至接近ad的量程(chéng)上限(xiàn)。水煤漿信(xìn)号主要由(yóu)感應(yīng)電動(dòng)勢信号和(hé)電極噪聲組成(chéng)。其中，感應電動(dòng)勢信号是(shì)由導(dǎo)電液(yè)體切割磁場産生(shēng)的，其幅(fú)值和(hé)相(xiàng)同流量(liàng)下介(jiè)質爲(wèi)水的感(gǎn)應(yīng)電動勢幅(fú)值相同，僅約爲數十毫伏。這是因爲電(diàn)磁(cí)流量計不(bú)受被測導(dǎo)電介質的溫度(dù)、黏度(dù)、密度以及(jí)導電率的(de)影響(xiǎng)，隻要經過水标(biāo)定後(hòu)，就可(kě)以用來測(cè)量(liàng)其他導(dǎo)電液(yè)體(tǐ)的(de)流量(liàng)。電極(jí)噪聲是水(shuǐ)煤漿中的固體(tǐ)顆粒(lì)劃過(guò)電極(jí)而引(yǐn)起的(de)信号(hào)跳變，也稱爲漿(jiāng)液噪聲(shēng)，具(jù)有強(qiáng)非平(píng)穩(wěn)性、随機(jī)性，頻域具有近(jìn)似1/f的(de)特性。水煤(méi)漿信号中(zhōng)的漿液噪(zào)聲幅值非常大(dà)，峰值(zhí)可達(dá)數伏，遠遠高于(yú)與流量相(xiàng)關的(de)感應(yīng)電動(dòng)勢信(xìn)号。這給流量信(xìn)号的(de)提(tí)取造成(chéng)了極大的困難”。
2基于matlab的(de)電極信(xìn)号仿真
2.1仿真模型
基于(yú)matlab中siumlink對電(diàn)極信号(hào)進行仿(páng)真，勵磁方式爲三值波勵磁，勵(lì)磁頻率(lǜ)f=25hz,傳感器(qì)參數d=40mm、rx=88.80、lx=162mh,勵磁系統(tǒng)參數ue=100v、穩态電流(liú)i0=200ma。由公式(1)，在(zài)固定流(liú)速(sù)下感應電(diàn)勢與勵磁電流(liú)成正比，通(tōng)過增(zēng)加gain1模塊得到感應電(diàn)勢信(xìn)号。對勵磁流(liú)進行求導即經模(mó)塊derivative得(dé)到微分噪(zào)聲，其(qí)中gain值(zhí)與(yǔ)lx和l1相關(guān)。感應(yīng)電勢與噪(zào)聲經add1疊(dié)加之後(hòu)得到電極信号(hào)e1(t)。scope觀察(chá)輸出(chū)信号(hào)波形。将傳感器(qì)參數(shù)代人(rén)到勵(lì)磁電流穩态調(diào)節時間公式中(zhōng)，得電(diàn)流上(shàng)升時(shí)間爲360μs，測(cè)得(dé)實際(jì)上升時間(jiān)爲390μs，兩(liǎng)者相(xiàng)差不大，驗(yàn)證了仿真(zhēn)模型(xíng)的正确性。
2.2仿真(zhēn)實驗
仿真試驗中，設定線圈等(děng)效電感(gǎn)取值範(fàn)圍爲(wèi)162~212mh，間隔10mh;閉(bì)合(hé)回路等(děng)效(xiào)電感(gǎn)範圍(wéi)0.2~1mh,間隔爲0.2mh;雙(shuāng)電層電容(róng)、接觸(chù)電阻随流體電(diàn)導率變化而變化，電(diàn)導(dǎo)率增大(dà)接觸電阻和雙電層電容減小(xiǎo)而(ér)電荷(hé)傳(chuán)遞電阻增(zēng)大。可設定(dìng)電極接觸(chù)電阻(zǔ)、雙電層電容和(hé)電荷(hé)傳遞電阻(zǔ)範(fàn)圍(wéi)分别(bié)爲5~15km、10~20μf和(hé)50~60Ω，由公式(7)知，可用(yòng)t2表示.上述(shù)三者(zhě)關系。仿真參數(shù)取值(zhí)不(bú)同情況(kuàng)下，通過matlabi具(jù)箱對(duì)仿真(zhēn)測量得到(dào)的幹擾峰(fēng)值進(jìn)行曲線拟合畫(huà)出相(xiàng)應的曲線圖吧。
3結(jié)束語
主(zhǔ)要針對電磁流(liú)量計的50hz工(gōng)頻幹(gàn)擾，提出采(cǎi)用巴特沃(wò)斯帶阻濾波的信(xìn)号處理方法，運用matlab實現(xiàn)巴特(tè)沃斯帶阻(zǔ)濾波(bō)器(qì)的設計(jì)。通過matlab仿真，驗證(zhèng)了本濾波方法(fǎ)的可行性，将50hz工(gōng)頻幹擾(rǎo)有(yǒu)效地(dì)濾除，研制出基(jī)于msp430的(de)低頻矩形(xíng)波(bō)勵磁的轉換(huàn)器，并設計了軟(ruǎn)件系統，可(kě)以實(shí)時處(chù)理(lǐ)信(xìn)号。爲了驗證濾波算法的(de)可行性，并(bìng)測試(shì)電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計的(de)測量(liàng)精度，采用(yòng)标(biāo)準(zhǔn)表标定法(fǎ)進行(háng)了水(shuǐ)流(liú)量标定實驗(yàn)。
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