摘要:針(zhen)對電磁(ci)流量計(ji) 測量信(xin)号複雜(za)而微弱(ruo),導緻失(shi)真和幹(gan)擾信号(hao)被放大(da)的問題(ti)💋。依據低(di)頻矩形(xing)波勵磁(ci)方式下(xia)電磁流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理🥰和流(liu)量與🏃‍♀️信(xin)号的基(ji)本關系(xi),提出了(le)一種基(ji)波平均(jun)值信号(hao)預處理(li)方法,經(jing)過分析(xi)和試😘驗(yan)證明可(ke)以提高(gao)抗幹擾(rao)能力和(he)動态響(xiang)🛀🏻應，在量(liang)程範圍(wei)内，測量(liang)🏃🏻‍♂️精度達(da)到0.25%.
工業(ye)計量過(guo)程中常(chang)用電磁(ci)流量計(ji)來計量(liang)管道液(ye)體流量(liang),測✔️量原(yuan)理是基(ji)于法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律，随着(zhe)電🏃🏻磁流(liu)量計的(de)發💋展，勵(li)磁方式(shi)也得到(dao)不斷的(de)改進,現(xian)行的電(dian)磁流量(liang)計💔中,低(di)頻矩形(xing)波♊勵磁(ci)方式是(shi)設計人(ren)員主要(yao)采用的(de)方法.這(zhe)種勵磁(ci)周期爲(wei)工頻的(de)整數倍(bei)，正負矩(ju)形波勵(li)☀️磁技術(shu),明顯提(ti)高了電(dian)磁流量(liang)計的抗(kang)幹擾能(neng)力和測(ce)量精度(du).但是對(dui)信号處(chu)理方法(fa)的不同(tong)，将💔使電(dian)磁流量(liang)計的靜(jing)動态流(liu)量測量(liang)性能有(you)所差異(yi).理想的(de)信号處(chu)理方🏃法(fa)🔞應保持(chi)基本原(yuan)理上的(de)純線性(xing)和快速(su)響應特(te)性"
1.一般(ban)電磁流(liu)量計的(de)信号處(chu)理方式(shi)
電磁流(liu)量計的(de)基本原(yuan)理如圖(tu)1所示,理(li)想測量(liang)方程爲(wei)叫㊙️
 
式中(zhong):C爲儀表(biao)常數;B爲(wei)感應磁(ci)場強度(du);D爲傳感(gan)器管逍(xiao)直徑;V爲(wei)流體♈流(liu)速;
 
式(1)表示(shi)電磁流(liu)量計産(chan)生的感(gan)應電動(dong)勢eab與流(liu)體流👌速(su)V呈線✌️性(xing)☂️關系，但(dan)在實際(ji)的電磁(ci)流量計(ji)工作過(guo)程🐇中發(fa)㊙️現，感♊應(ying)的電勢(shi)🤩信号上(shang)總是疊(die)加了一(yi)系列的(de)幹擾信(xin)号.這些(xie)幹擾信(xin)号的來(lai)源主要(yao)有工頻(pin)幹擾:包(bao)括串模(mo)和共模(mo)幹擾，數(shu)字電😘路(lu)産生的(de)高頻幹(gan)擾;微分(fen)噪聲,同(tong)☀️相噪聲(sheng),低頻有(you)色噪聲(sheng)幹擾.電(dian)磁流.量(liang)計信号(hao)處理🧡方(fang)式的發(fa)展就是(shi)圍繞克(ke)服以上(shang)幹擾噪(zao)聲,有效(xiao)地放大(da)感應信(xin)号而發(fa)展.
現在(zai)很多電(dian)磁流量(liang)計的信(xin)号處理(li)方法采(cai)用了電(dian)容隔📱離(li)法,電🐅容(rong)隔離法(fa)是将零(ling)點漂移(yi)近似作(zuo)爲直流(liu).處理的(de)一種方(fang)法,即通(tong)過電容(rong)耦合來(lai)隔離零(ling)點漂移(yi)幹擾，實(shi)現對感(gan)應電勢(shi)信号的(de)提🐆取.放(fang)大處理(li)☁️.基本電(dian)路如圖(tu)2.
 
信号通(tong)過輸人(ren)端差動(dong)放大器(qi)A1,A2抑制共(gong)模幹擾(rao),經過電(dian)容C1,C2耦合(he)🏃‍♀️後❄️由A3放(fang)大K倍,于(yu)圖3中的(de)T/2時刻前(qian)采樣保(bao)持,經A6放(fang)💰大後,實(shi)現輸出(chu)uo=2Kneab,Ka爲整機(ji)放大倍(bei)數.這種(zhong)方法結(jie)構簡單(dan),在電路(lu)原理上(shang)容易實(shi)現,對高(gao)頻幹擾(rao)可以起(qi)到有效(xiao)的抑制(zhi)作用,但(dan)是抗⛷️幹(gan)擾能力(li)🈲特别差(cha),信号放(fang)大後,輸(shu)出非常(chang)不穩定(ding).主要原(yuan)因是由(you)于共模(mo)✔️幹擾的(de)影.響和(he)㊙️隔離電(dian)容無法(fa)隔離零(ling)點漂移(yi)等并非(fei)真正直(zhi)流的低(di)❓頻分量(liang)的影響(xiang).因此爲(wei)了穩定(ding)信号值(zhi),隻有提(ti)高采樣(yang)🌈保持電(dian)容C3,C4.參數(shu),對信号(hao)處理的(de)輸出級(ji)加大濾(lü)波的時(shi)間常數(shu).表面上(shang)看儀表(biao)🌈的輸出(chu)穩定了(le),但卻加(jia)大了信(xin)号對于(yu)流體流(liu)速變化(hua)的響應(ying)時間.所(suo)以,這種(zhong)方法一(yi)般隻适(shi)用于勵(li)磁周期(qi)‼️在8倍🌍以(yi)上工頻(pin)周期.的(de)情🈲況.
 
在電(dian)容隔離(li)法基礎(chu)上,應用(yong)零點漂(piao)移法.基(ji)線控制(zhi)法"等信(xin)号處理(li)方法都(dou)能在一(yi)定程度(du)上克服(fu)電容隔(ge)離法的(de)不足🥵,抑(yi)制幹擾(rao),提高動(dong)态響應(ying)速度和(he)線性度(du).
2基波平(ping)均值轉(zhuan)換的信(xin)号處理(li)方法
如(ru)上所述(shu),電容隔(ge)離法或(huo)補償電(dian)路不能(neng)很好解(jie)決感應(ying)信号♌失(shi)真和幹(gan)擾信号(hao)被放大(da)等問題(ti).經過大(da)量實驗(yan)和對國(guo)外電磁(ci)流量計(ji)的研究(jiu),本文提(ti)出一種(zhong)基波平(ping)均值轉(zhuan)換的信(xin)号處理(li)方法，基(ji)于e(t)與峰(feng)值、平均(jun)值、有效(xiao)值成正(zheng)比關系(xi)，對♊信号(hao)進行🤞濾(lü)波并采(cai)用基波(bo)平均值(zhi)處理轉(zhuan)換👣的方(fang)法，可以(yi)有效提(ti)高電.磁(ci)流量計(ji)抗幹擾(rao)的能力(li).結構框(kuang)圖如圖(tu)4.
 
傳感器(qi)輸出流(liu)量信号(hao)十分微(wei)弱,爲幾(ji)十微伏(fu)的交流(liu)🌈信号,并(bing)疊加了(le)多種頻(pin)率的噪(zao)聲幹擾(rao)，表示爲(wei)
 
式中,前(qian)兩項爲(wei)信号基(ji)波和諧(xie)波,後四(si)項爲幹(gan)擾噪聲(sheng)☁️(包括♍零(ling)均值噪(zao)聲、共模(mo)噪聲、微(wei)分噪聲(sheng)、同相幹(gan)擾).
信号(hao)是對稱(cheng)方波脈(mo)沖形式(shi),幅值爲(wei)幾十微(wei)伏,脈沖(chong)♊寬🥰度50ms,周(zhou)期✏️200ms,脈沖(chong)占空比(bi)爲0.5,整機(ji)放大倍(bei)數2200倍.信(xin)号預❓處(chu)理電路(lu)🐇爲帶通(tong)濾波器(qi)🌂,主要消(xiao)除諧波(bo)和零均(jun)值噪聲(sheng).式💁(2)中微(wei)分噪聲(sheng)在一定(ding)的流體(ti)介質下(xia),産生的(de)誤差爲(wei)系統誤(wu)
差,可以(yi)由信号(hao)調理電(dian)路末級(ji)的微分(fen)噪聲補(bu)償電路(lu)校準去(qu)除。可以(yi)忽略。共(gong)模幹擾(rao)雖然可(ke)以通過(guo)提高電(dian)路的共(gong)模抑制(zhi)💁比來消(xiao)除，但實(shi)際上由(you)于元器(qi)件的溫(wen)度系數(shu)分散性(xing)較大,因(yin)此不可(ke)能使共(gong)模放大(da)倍數Kc等(deng)于零,如(ru)采用圖(tu)2的方法(fa),初級爲(wei)雙端輸(shu)人單端(duan)輸出,則(ze)共模電(dian)壓e在中(zhong)間級主(zhu)放大器(qi)A3處會被(bei)放大K3倍(bei),這樣會(hui)影響後(hou)級的信(xin)号處理(li)🚶‍♀️，采用新(xin)的方⛹🏻‍♀️法(fa)提高CMRR,根(gen)據差動(dong)放大電(dian)路的特(te)點,在第(di)一、第二(er)級采用(yong)四運放(fang),差動信(xin)号爲雙(shuang)端😍輸出(chu),不🈲經合(he)并直接(jie)進人下(xia)一級.将(jiang)第三級(ji)設計爲(wei)增👉益是(shi)1的低通(tong)濾波電(dian)路,此信(xin)号✌️處理(li)方法♌可(ke)以使ec不(bu)被放大(da),從而避(bi)免影響(xiang)整機信(xin)号.按CMRR爲(wei)100dB計算,由(you)于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻采用(yong)了新的(de)處理方(fang)式，差動(dong)流速信(xin)号放大(da)系數爲(wei)Kd=1,所以計(ji)🥵算得Ke=10-5,即(ji)整機信(xin)号調理(li)電路可(ke)以将共(gong)模幹擾(rao)信号衰(shuai)減105倍.對(dui)于由電(dian)極對地(di)形成的(de)幹擾有(you)如下關(guan)系”，
 
式中(zhong):Rj爲勵磁(ci)線圈對(dui)電極的(de)絕緣電(dian)阻;Rs爲傳(chuan)感器感(gan)♍應信号(hao)内🔴阻;r爲(wei)傳感器(qi)接地電(dian)阻;E勵磁(ci)電壓;當(dang)E=24V時,共模(mo)幹擾電(dian)壓ec=5mV,經衰(shuai)減105倍後(hou)⚽隻有0.05μV,此(ci)幹擾電(dian)壓對輸(shu)出不會(hui)有影響(xiang).通過實(shi)驗證明(ming),CMRR做得很(hen)高時,應(ying)用此方(fang)法抗幹(gan)擾能力(li)的确很(hen)強。
該電(dian)磁流量(liang)計已經(jing)得到應(ying)用,并依(yi)據JJG198-94《速度(du)式流量(liang)計檢🙇🏻定(ding)🙇🏻規程》,利(li)用質量(liang)法水标(biao)準裝置(zhi),對采用(yong)基波🧡平(ping)均🏃🏻值信(xin)号預處(chu)理電路(lu)的電磁(ci)流量計(ji)進行檢(jian)定🔴,重複(fu)性誤差(cha)爲0.1%,基本(ben)誤差爲(wei)0.25%,線性度(du)0.3%,檢測結(jie)果如表(biao)1.
 
3結語
本(ben)文主要(yao)探讨了(le)電磁流(liu)量計在(zai)低頻矩(ju)形波勵(li)磁下的(de)信号處(chu)理方法(fa),并介紹(shao)了在信(xin)号預處(chu)理過程(cheng)中,基波(bo)平均值(zhi)法可以(yi)滿足小(xiao)信号放(fang)大調理(li)的苛刻(ke)要求🚶.電(dian)磁流量(liang)計還有(you)其他信(xin)号處理(li)方式，但(dan)都無法(fa)脫離濾(lü)波、噪聲(sheng)抑制等(deng)技術問(wen)題，同時(shi)産品化(hua)過程中(zhong)還必須(xu)考慮電(dian)路❌屏蔽(bi)措施、熱(re)電勢、接(jie)點處理(li)方法和(he)接地、裝(zhuang)配工藝(yi)等對信(xin)号處理(li)電路的(de)影響,這(zhe)樣才能(neng)從根本(ben)上提🌂高(gao)動态響(xiang)應和儀(yi)表精度(du)☔.

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