摘(zhāi)要:針(zhēn)對電磁流量計 測量信号(hào)複雜而微(wēi)弱,導(dǎo)緻失真和(hé)幹擾(rǎo)信号被(bèi)放(fàng)大的問題(tí)。依據低頻(pín)矩形波勵磁方式下電磁(cí)流量(liàng)計的工作原(yuán)理和流(liú)量與(yǔ)信号(hào)的基(jī)本關系,提(tí)出了(le)一種基波(bō)平均值信(xìn)号預(yù)處理方法,經過(guò)分析和試驗證(zhèng)明可以(yǐ)提(tí)高抗(kàng)幹擾(rǎo)能力和動态響(xiǎng)應，在(zài)量程(chéng)範圍内(nèi)，測量精度達(dá)到(dào)0.25%.
工業計量過程(chéng)中常用(yòng)電磁(cí)流量計來(lái)計量管道液體(tǐ)流量(liàng),測量原(yuán)理是基于(yú)法拉第(dì)電磁(cí)感(gǎn)應定律(lǜ)，随着電磁(cí)流量(liàng)計的發展，勵磁(cí)方式也(yě)得(dé)到不(bú)斷的(de)改進,現行(háng)的電(diàn)磁流(liú)量計中,低(dī)頻(pín)矩形波勵磁方式是設(shè)計人員主(zhǔ)要(yào)采(cǎi)用的方法(fǎ).這種(zhǒng)勵磁(cí)周期爲工(gōng)頻的整數倍，正(zhèng)負矩形波勵磁(cí)技術,明顯(xiǎn)提高(gāo)了電(diàn)磁流量計的抗幹擾(rǎo)能力(lì)和測量精度.但(dàn)是對信号(hào)處理(lǐ)方法(fǎ)的不同，将(jiāng)使電磁流量計(jì)的靜(jìng)動态流量(liàng)測量(liàng)性能(néng)有所(suǒ)差異.理想(xiǎng)的信(xìn)号處理方(fāng)法應保持基本原理(lǐ)上的純(chún)線性和(hé)快速(sù)響應(yīng)特性(xìng)"
1.一般電磁流量(liàng)計的(de)信号處理(lǐ)方式(shì)
電(diàn)磁流量(liàng)計的基本原理(lǐ)如圖1所示,理想(xiǎng)測量方程爲叫(jiào)
 
式中:c爲儀(yí)表常數;b爲感應磁場(chǎng)強度;d爲傳感器管逍(xiāo)直徑;v爲流(liú)體流速(sù);
 
式(1)表(biǎo)示電磁流(liú)量(liàng)計産生(shēng)的感(gǎn)應電(diàn)動勢eab與流體流速v呈(chéng)線性關系(xì)，但在(zài)實際(jì)的電磁流(liú)量計工作(zuò)過程(chéng)中發(fā)現，感應的(de)電勢信号(hào)上總是疊加了(le)一系(xì)列的幹擾信号(hào).這些(xiē)幹(gàn)擾信号(hào)的來(lái)源(yuán)主要有工頻幹擾(rǎo):包括(kuò)串模和(hé)共(gòng)模幹擾，數(shù)字電路産生的(de)高(gāo)頻(pín)幹擾(rǎo);微分(fèn)噪聲(shēng),同相噪聲,低頻有色(sè)噪聲幹擾.電磁流.量(liàng)計信号處(chù)理方(fāng)式的發展(zhǎn)就是圍(wéi)繞克服(fú)以上(shàng)幹擾噪聲(shēng),有效地放大感(gǎn)應信(xìn)号(hào)而發展.
現在很(hěn)多(duō)電磁(cí)流量(liàng)計的信号(hào)處理方法(fǎ)采用了電(diàn)容(róng)隔離法(fǎ),電容隔離(lí)法是(shì)将零(líng)點(diǎn)漂(piāo)移近(jìn)似作爲(wèi)直流.處理的一種方法(fǎ),即通過電(diàn)容耦合來隔(gé)離(lí)零點(diǎn)漂移幹擾，實現(xiàn)對感(gǎn)應電(diàn)勢信(xìn)号的提(tí)取.放大(dà)處理(lǐ).基本電路(lù)如圖(tú)2.
 
信(xìn)号通過(guò)輸人端(duān)差動放(fàng)大器a1,a2抑(yì)制共模幹(gàn)擾(rǎo),經過電容(róng)c1,c2耦合後由a3放(fàng)大k倍,于圖3中的t/2時(shí)刻前采樣(yàng)保持(chí),經a6放大後,實現輸出uo=2kneab,ka爲整機放(fàng)大倍(bèi)數.這種方(fāng)法結構簡(jiǎn)單,在(zài)電路原理上容(róng)易實現,對高頻(pín)幹擾(rǎo)可以起到(dào)有效的(de)抑(yì)制(zhì)作用,但是(shì)抗幹擾(rǎo)能力特别(bié)差,信号放大後(hòu),輸出(chū)非常不穩定.主(zhǔ)要原因(yīn)是由于(yú)共模幹擾(rǎo)的影(yǐng).響和隔離電容(róng)無法(fǎ)隔離零點漂移等并非真(zhēn)正直流的低頻分量的(de)影(yǐng)響.因此爲了穩定信(xìn)号值(zhí),隻有(yǒu)提高(gāo)采(cǎi)樣保(bǎo)持電容(róng)c3,c4.參數,對信号處理的輸(shū)出級加大濾(lǜ)波的時間(jiān)常數(shù).表面上看儀表(biǎo)的輸出穩(wěn)定了,但卻加大了信(xìn)号(hào)對(duì)于流體流速變化的響應(yīng)時間.所以,這(zhè)種方法(fǎ)一般(bān)隻适用(yòng)于勵磁周期在(zài)8倍(bèi)以上(shàng)工頻周期.的情(qíng)況.
 
在電容(róng)隔離法基礎上(shàng),應用零(líng)點(diǎn)漂移法.基線控(kòng)制法(fǎ)"等信号處理方(fāng)法都能在(zài)一定(dìng)程度上克服電(diàn)容隔離法(fǎ)的不足,抑制幹(gàn)擾,提(tí)高動态(tài)響應速(sù)度和線(xiàn)性(xìng)度(dù).
2基(jī)波平均值轉換(huàn)的信号處理方(fāng)法
如(rú)上所述,電(diàn)容隔離法或補(bǔ)償電(diàn)路不能很好解決感(gǎn)應信(xìn)号失(shī)真和幹擾信号(hào)被(bèi)放(fàng)大等(děng)問題.經過大量(liàng)實驗(yàn)和(hé)對國外電磁(cí)流量(liàng)計的(de)研究,本(běn)文提出一種(zhǒng)基波平均(jun1)值轉換(huàn)的信号(hào)處理(lǐ)方法，基(jī)于e(t)與峰(fēng)值、平(píng)均值、有效值(zhí)成正比關系，對(duì)信(xìn)号進行濾(lǜ)波并(bìng)采用(yòng)基波平均(jun1)值處(chù)理轉(zhuǎn)換的(de)方法(fǎ)，可以有效提高電.磁(cí)流量計抗(kàng)幹擾(rǎo)的能力.結構框圖如圖4.
 
傳(chuán)感器輸出(chū)流量信号(hào)十分微弱(ruò),爲幾(jǐ)十微(wēi)伏的(de)交流信(xìn)号,并疊(dié)加了多種頻率(lǜ)的噪聲幹擾，表示爲
 
式中(zhōng),前兩(liǎng)項爲(wèi)信号基波(bō)和諧(xié)波,後(hòu)四項(xiàng)爲幹擾(rǎo)噪(zào)聲(shēng)(包括零均值噪聲(shēng)、共模噪(zào)聲、微分(fèn)噪聲(shēng)、同相幹擾(rǎo)).
信号(hào)是對稱方(fāng)波脈沖形(xíng)式,幅(fú)值爲幾十微伏,脈沖寬(kuān)度(dù)50ms,周期(qī)200ms,脈沖占空比爲0.5,整機(jī)放大(dà)倍數(shù)2200倍.信号預處理(lǐ)電路爲帶(dài)通濾波器(qì),主(zhǔ)要(yào)消除諧波(bō)和零(líng)均值(zhí)噪聲.式(shì)(2)中(zhōng)微分(fèn)噪聲在一(yī)定的(de)流體(tǐ)介質(zhì)下,産(chǎn)生的誤差爲系統誤(wù)
差,可(kě)以由(yóu)信号調理電路(lù)末級(jí)的(de)微分噪(zào)聲補償電路校準去(qù)除。可以忽(hū)略。共(gòng)模幹(gàn)擾雖(suī)然可以通(tōng)過提(tí)高電(diàn)路的共模(mó)抑制比來(lái)消除，但實際(jì)上由于元器件(jiàn)的溫度(dù)系數分散性較(jiào)大,因此不(bú)可能使共模放(fàng)大倍(bèi)數kc等(děng)于零,如采(cǎi)用圖(tú)2的方法,初級爲(wèi)雙端輸人(rén)單端輸出(chū),則共(gòng)模電壓e在中間(jiān)級主放(fàng)大(dà)器a3處(chù)會被(bèi)放(fàng)大k3倍,這(zhè)樣(yàng)會(huì)影響(xiǎng)後級(jí)的信号(hào)處理(lǐ)，采用新的方(fāng)法提(tí)高cmrr,根(gēn)據差動放(fàng)大電(diàn)路的(de)特點(diǎn),在第(dì)一(yī)、第二級(jí)采用四運放,差(chà)動信号爲雙端(duān)輸出(chū),不(bú)經(jīng)合并直接(jiē)進人下一(yī)級(jí).将第三(sān)級設(shè)計爲增益是1的(de)低通濾波(bō)電路,此信(xìn)号處理方(fāng)法可(kě)以(yǐ)使(shǐ)ec不被(bèi)放大(dà),從而避免(miǎn)影響(xiǎng)整機信号(hào).按cmrr爲100db計算,由于(yú)采用了新(xīn)的處(chù)理方式，差(chà)動流(liú)速信号放(fàng)大系(xì)數爲kd=1,所以計算(suàn)得ke=10-5,即整機(jī)信号調理(lǐ)電路可以(yǐ)将共模幹擾信号(hào)衰(shuāi)減105倍.對于(yú)由電極對(duì)地形成的幹擾(rǎo)有如(rú)下關系”，
 
式中:rj爲(wèi)勵磁(cí)線圈對電極的絕緣電阻(zǔ);rs爲傳感器感應信号内阻;r爲傳感器接(jiē)地電阻(zǔ);e勵磁電壓;當e=24v時,共模幹(gàn)擾電壓(yā)ec=5mv,經衰(shuāi)減105倍後(hòu)隻(zhī)有0.05μv,此幹擾電壓對輸出不(bú)會有(yǒu)影響(xiǎng).通過實驗證明,cmrr做得(dé)很高(gāo)時,應用此方法(fǎ)抗幹擾能(néng)力的(de)确很強。
該電磁(cí)流量(liàng)計已(yǐ)經得(dé)到(dào)應(yīng)用,并依據(jù)jjg198-94《速度式(shì)流(liú)量計檢定(dìng)規程》,利用(yòng)質量法(fǎ)水标準(zhǔn)裝置,對采用基(jī)波平均(jun1)值信号(hào)預處理電路的(de)電磁(cí)流量(liàng)計進(jìn)行檢定(dìng),重複性誤差(chà)爲0.1%,基本誤差爲(wèi)0.25%,線性度0.3%,檢(jiǎn)測結果如表1.
 
3結語
本(běn)文主(zhǔ)要探讨了電(diàn)磁流量計在(zài)低(dī)頻(pín)矩形(xíng)波(bō)勵磁下(xià)的信(xìn)号處(chù)理方法,并介紹(shào)了在(zài)信号(hào)預處(chù)理(lǐ)過(guò)程中(zhōng),基波(bō)平均值法可(kě)以滿(mǎn)足(zú)小信(xìn)号放大調理的(de)苛刻要求(qiú).電磁(cí)流量計還有其他信(xìn)号處理方(fāng)式，但都無(wú)法脫(tuō)離濾波、噪聲抑(yì)制等技(jì)術問題(tí)，同時(shí)産(chǎn)品化過(guò)程中(zhōng)還(hái)必須考(kǎo)慮電(diàn)路屏(píng)蔽措(cuò)施、熱電勢、接點(diǎn)處理方法和接(jiē)地、裝(zhuāng)配工藝等(děng)對信(xìn)号(hào)處(chù)理電(diàn)路的(de)影響,這樣(yàng)才能從(cóng)根(gēn)本上提高動态(tài)響應(yīng)和儀(yí)表精度.

本(běn)文來(lái)源于網絡,如有侵權(quán)聯系(xì)即删除！