摘要:針(zhēn)對電磁流量(liàng)計
測量信号(hào)複雜而微弱(ruo),導緻失真和(hé)幹擾信号被(bei)放大的問題(tí)。依據低頻矩(jǔ)形波勵磁方(fang)式下電磁流(liu)量計的工作(zuo)原理和流量(liàng)與信号的基(jī)本關系,提出(chū)了一種基波(bō)平均🌂值信号(hao)預處理方法(fǎ),經✔️過分析和(he)試驗證明可(ke)以提高抗幹(gàn)擾能力和動(dòng)态響應，在量(liàng)程範圍内，測(cè)量❗精度達到(dào)0.25%.
工業計量過(guò)程中常用電(diàn)磁流量計來(lai)計量管道液(ye)體🎯流量,測量(liàng)原理是基于(yu)法拉第電磁(ci)感應定律，随(suí)⛱️着電磁流量(liàng)計的發展，勵(li)磁方式也得(de)到不斷的改(gai)🌏進,現行的電(dian)磁流量計中(zhong),低頻矩形波(bō)勵磁方式是(shì)📧設計人員主(zhǔ)要采用的方(fāng)法.這種勵磁(ci)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(ci)🔞流量計的抗(kang)幹🐆擾能力和(hé)測量精度.但(dàn)是對信号處(chù)理方法的不(bú)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(fāng)法應保持基(ji)本原理上的(de)純線性和💜快(kuai)速響🈲應特性(xing)"
1.一般電磁流(liu)量計的信号(hao)處理方式
電(diàn)磁流量計的(de)基本原理如(rú)圖1所示,理想(xiang)測量方程🌍爲(wei)叫
式中:C爲儀(yi)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(liú)體流速;
式(shì)(1)表示電磁流(liu)量計産生的(de)感應電動勢(shì)eab與流體流速(sù)V呈📞線性關🌈系(xi)，但在實際的(de)電磁流量計(jì)工作過程中(zhōng)發現，感應的(de)電勢✔️信号上(shàng)總是疊加了(le)一系列的幹(gan)擾信号.這些(xie)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(zì)電路産生的(de)高頻幹擾🈲;微(wei)分噪聲,同相(xiàng)噪聲,低頻有(yǒu)色噪聲幹擾(rao).電磁流.量計(jì)信号處理方(fāng)式的發展就(jiu)是圍繞克服(fu)以上幹擾✨噪(zào)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(hào)處理方法采(cǎi)用了電容🚩隔(ge)離法♻️,電容隔(gé)離法是将零(líng)點漂移近似(sì)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(yi)幹🏃🏻♂️擾，實現對(duì)感應電勢信(xin)号的提取.放(fang)大處理.基本(ben)電路🌈如圖2.
信(xin)号通過輸人(rén)端差動放大(dà)器A1,A2抑制共模(mó)幹擾,經過❓電(diàn)容🛀🏻C1,C2耦合後🔆由(you)A3放大K倍,于圖(tu)3中的T/2時刻前(qián)采樣保持,經(jing)A6放㊙️大後,實現(xiàn)輸出uo=2Kneab,Ka爲整機(ji)放大倍數.這(zhè)種方法結構(gou)簡單,在電路(lu)原理上容易(yi)實現,對高頻(pín)幹擾可以起(qi)到有效的抑(yi)制作🤩用,但是(shì)抗幹擾能力(lì)🔱特别差,信💰号(hào)放大後,輸出(chū)非常不穩定(dìng).主要原因是(shì)由于共模幹(gan)擾的影.響❄️和(hé)🔞隔離電容無(wu)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(wèi)了穩定信号(hao)值,隻有提高(gao)采樣保持電(dian)容C3,C4.參數,對信(xin)号處理的輸(shū)出級加🤞大濾(lǜ)波的時間常(cháng)數.表面上看(kàn)儀表的輸出(chu)穩定了,但卻(que)加大了信号(hào)對于流體流(liu)🐆速變化的響(xiǎng)應時間.所以(yi),這種方法一(yī)般隻适用于(yu)勵磁周期⛷️在(zài)8倍以上工頻(pin)周期.的情況(kuang).
在(zài)電容隔離法(fǎ)基礎上,應用(yòng)零點漂移法(fǎ).基線控制法(fa)"等信号🐆處理(lǐ)方法都能在(zai)一定程度上(shang)克服電容隔(ge)離🔱法的💋不足(zu),抑制幹擾,提(ti)高動态響應(ying)速度和線性(xing)度.
2基波平均(jun1)值轉換的信(xin)号處理方法(fa)
如上所述,電(diàn)容隔離法或(huò)補償電路不(bu)能很好解決(jué)感應信号失(shi)真和幹擾信(xìn)号被放大等(děng)問題.經過大(dà)👌量實驗和對(duì)國🎯外電磁流(liu)量計的研究(jiu),本文提出一(yī)種基波平均(jun1)值🏃♀️轉換的信(xìn)号處🔞理方法(fa)，基于e(t)與峰值(zhi)、平均值、有效(xiào)值成正比關(guan)系，對信号進(jin)行濾波并采(cǎi)用基波平均(jun1)值處理轉換(huàn)的方法，可以(yǐ)有效提高電(diàn)🛀.磁流量計抗(kàng)💚幹擾的能力(lì).結構框圖如(rú)圖4.
傳感器輸(shu)出流量信号(hao)十分微弱,爲(wèi)幾十微伏的(de)交流信号,并(bing)疊加了多種(zhong)頻率的噪聲(sheng)幹擾，表示爲(wèi)
式中,前兩項(xiang)爲信号基波(bō)和諧波,後四(sì)項爲幹擾噪(zào)🛀🏻聲(包括零均(jun)值噪聲、共模(mó)噪聲、微分噪(zào)聲、同相幹擾(rao)).
信号是對稱(cheng)方波脈沖形(xíng)式,幅值爲幾(ji)十微伏,脈沖(chòng)寬度50ms,周🌈期200ms,脈(mò)沖占空比爲(wèi)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(xie)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(tǒng)誤
差,可以由(yóu)信号調理電(dian)路末級的微(wēi)分噪聲補償(cháng)電路校準去(qù)除。
可以忽略(lue)。共模幹擾雖(suī)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(bú)可👌能使共模(mó)放大倍數Kc等(děng)于零,如采用(yòng)圖2的方法,初(chū)級爲雙端輸(shū)人單端輸出(chu),則共模電壓(ya)e在中間級🏃🏻♂️主(zhǔ)放大器A3處會(huì)被放大K3倍,這(zhe)樣會影響後(hou)級的信号處(chu)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(er)級采用四❌運(yun)放🌍,差動信号(hao)🏒爲雙端💚輸出(chu),不經合并直(zhí)接進人下一(yi)級.将第三級(ji)設計爲增🈚益(yi)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(bei)☁️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(liú)速💰信号放大(dà)系數爲Kd=1,所以(yǐ)計算得Ke=10-5,即整(zhěng)機信号調理(li)電👅路可以将(jiāng)共模幹擾信(xìn)号💞衰減105倍❗.對(dui)于由電極對(duì)地形成的幹(gan)擾有如下關(guān)系”，
式中:Rj爲勵(li)磁線圈對電(dian)極的絕緣電(diàn)阻;Rs爲傳感器(qi)感應信号内(nèi)阻;r爲傳感器(qi)接地電阻;E勵(lì)磁電壓;當E=24V時(shí),共模幹擾電(dian)壓ec=5mV,經衰減105倍(bèi)後隻有0.05μV,此幹(gan)擾電壓對輸(shu)出不會有影(yǐng)響.通過實驗(yan)證明,CMRR做♻️得很(hen)高時,應用此(cǐ)方🔞法抗幹擾(rǎo)能力的确很(hen)強。
該電磁流(liú)量計已經得(dé)到應用,并依(yi)據JJG198-94《速度式流(liú)量計檢定☀️規(guī)程》,利用質量(liàng)法水标準裝(zhuang)置,對采用基(jī)波平均值信(xin)号預處理電(diàn)路的電磁流(liú)量計進行檢(jian)定,重複性誤(wu)差爲0.1%,基本誤(wu)🏃🏻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(ji)在低頻矩形(xíng)波勵磁下的(de)🌈信号✍️處理方(fāng)法,并介紹了(le)在信号預處(chù)理過程中,基(jī)✌️波平均值🐉法(fa)可♋以滿足小(xiao)信号放大調(diào)理的苛刻要(yào)求.電磁流量(liang)計還有其他(tā)信号處理方(fāng)式，但都無法(fǎ)脫離濾波、噪(zào)聲抑制等技(jì)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(shi)、接點處理方(fang)法和接👈地、裝(zhuang)配工藝等對(dui)信号處理電(diàn)路的影響,這(zhè)樣才🐉能從根(gen)本上提高動(dòng)态響應和儀(yí)表精度.
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