摘(zhai)要:爲(wei)了實(shi)現較(jiao)高的(de)勵磁(ci)頻率(lü)，提高(gao)響應(ying)速度(du),同時(shi)減少(shao)電磁(ci)流量(liang)計 的(de)功耗(hao)，提出(chu)基于(yu)電壓(ya)電流(liu)比值(zhi)的瞬(shun)态測(ce)量方(fang)法,确(que)定電(dian)壓電(dian)㊙️流比(bi)值與(yu)流量(liang)之間(jian)的關(guan)系。設(she)計了(le)基于(yu)DSP的硬(ying)件,采(cai)集瞬(shun)态時(shi)的勵(li)磁電(dian)流和(he)信号(hao)電壓(ya)來驗(yan)證該(gai)處理(li)方法(fa)，離線(xian)數據(ju)分⛹🏻‍♀️析(xi)表明(ming)，電壓(ya)電流(liu)比🌂值(zhi)與流(liu)量有(you)良好(hao)的線(xian)性關(guan)系。設(she)計的(de)DSP軟件(jian)可實(shi)時👣實(shi)現瞬(shun)态測(ce)量方(fang)法，并(bing)進行(hang)水流(liu)量标(biao)定和(he)功耗(hao)測😍試(shi)實驗(yan)。實驗(yan)結果(guo)表明(ming)，流量(liang)測量(liang)精度(du)到0.5級(ji)，與普(pu)通🛀電(dian)磁流(liu)量計(ji)相同(tong)。功耗(hao)對🎯比(bi)表明(ming),基于(yu)瞬态(tai)測量(liang)原理(li)的電(dian)磁流(liu)量計(ji)的勵(li)磁功(gong)耗是(shi)普通(tong)電磁(ci)流量(liang)計的(de)30%。
1引言(yan)
　　電磁(ci)流量(liang)計是(shi)一種(zhong)基于(yu)電磁(ci)感應(ying)定律(lü)測量(liang)導電(dian)液體(ti)體積(ji)流量(liang)的儀(yi)表。由(you)于其(qi)測量(liang)管道(dao)内無(wu)阻擋(dang)體、耐(nai)腐蝕(shi)性強(qiang)💃🏻、可靠(kao)性高(gao)，且不(bu)受流(liu)體密(mi)度、黏(nian)度、溫(wen)度、壓(ya)力變(bian)化的(de)影響(xiang)，所以(yi)，在石(shi)油、化(hua)工、冶(ye)金、造(zao)紙等(deng)行業(ye)得到(dao)較爲(wei)廣泛(fan)的應(ying)用，被(bei)用于(yu)水流(liu)量和(he)漿液(ye)流量(liang)的測(ce)量[1,2]目(mu)前電(dian)磁流(liu)🔆量計(ji)在水(shui)流量(liang)測量(liang)時大(da)👄多采(cai)用低(di)頻矩(ju)形波(bo)或三(san)值波(bo)⁉️勵磁(ci).[3-5]，勵磁(ci)電流(liu)需要(yao)保持(chi)足夠(gou)💞時間(jian)的穩(wen)定段(duan)，以使(shi)傳感(gan)器輸(shu)出信(xin)号獲(huo)得較(jiao)長時(shi)間的(de)平穩(wen)段,保(bao)證其(qi)測量(liang)精度(du)。在用(yong)于漿(jiang)液測(ce)量時(shi),爲了(le)克服(fu)漿液(ye)噪聲(sheng)⭐對流(liu)量信(xin)号的(de)影響(xiang)，大多(duo)采用(yong)高頻(pin)勵磁(ci)方法(fa)。通過(guo)采用(yong)高低(di)🥰壓勵(li)磁的(de)方法(fa)使電(dian)流快(kuai)速進(jin)入穩(wen)态，即(ji)在提(ti)高勵(li)磁頻(pin)率的(de)情況(kuang)下保(bao)證勵(li)磁電(dian)流進(jin)入穩(wen)⭕态;但(dan)是，無(wu)論水(shui)流量(liang)測量(liang)時的(de)🌂低頻(pin)勵磁(ci)，還是(shi)漿液(ye)流量(liang)測量(liang)時的(de)高頻(pin)勵磁(ci)，都是(shi)在勵(li)😍磁電(dian)流的(de)穩态(tai)段拾(shi)取對(dui)應的(de).傳感(gan)✂️器信(xin)号,即(ji)都是(shi)利用(yong)勵磁(ci)電流(liu)的穩(wen)态段(duan)進行(hang)測量(liang)，需要(yao)維持(chi)勵磁(ci)電流(liu)的穩(wen)定,這(zhe)将導(dao)緻電(dian)磁流(liu)量計(ji)的勵(li)磁功(gong)耗大(da),發熱(re)嚴重(zhong)，影響(xiang)✉️其使(shi)用壽(shou)命。爲(wei)了降(jiang)低功(gong)耗,文(wen)獻[9]對(dui)勵磁(ci)電流(liu)的瞬(shun)态過(guo)程進(jin)行了(le)研究(jiu),驗證(zheng)了瞬(shun)态測(ce)量的(de)可行(hang)性。相(xiang)比穩(wen)态測(ce)🚩量,瞬(shun)态測(ce)量時(shi)的勵(li)磁電(dian)流不(bu)需要(yao)進入(ru)穩态(tai)，也不(bu)需要(yao)恒流(liu)源來(lai)穩定(ding)勵🔴磁(ci)電流(liu)，可有(you)效地(di)降低(di)勵磁(ci)功耗(hao),并有(you)利于(yu)實現(xian)較高(gao)的勵(li)磁頻(pin)率;但(dan)是，瞬(shun)态時(shi)的勵(li)磁電(dian)流和(he)信号(hao)電壓(ya)都處(chu)于動(dong)态上(shang)升過(guo)程，信(xin)号的(de)幅值(zhi)同時(shi)與流(liu)⭕量和(he)時間(jian)有關(guan),而且(qie)此時(shi)微分(fen)幹擾(rao)也不(bu)🐇能忽(hu)略，導(dao)緻信(xin)🌈号電(dian)壓與(yu)流量(liang)之間(jian)的關(guan)系難(nan)以确(que)定。文(wen)獻[9]先(xian)求🔴出(chu)輸出(chu)電壓(ya)兩個(ge)指數(shu)項的(de)系數(shu)，再利(li)🥵用得(de)到的(de)系數(shu)間接(jie)求得(de)與流(liu)🏃🏻‍♂️速對(dui)應的(de)結果(guo),并通(tong)過對(dui)離線(xian)數據(ju)處🌈理(li),驗證(zheng)了瞬(shun)态測(ce)量的(de)可行(hang)性;但(dan)♋是，該(gai)方式(shi)求解(jie)過程(cheng)較爲(wei)複雜(za)，不利(li)于實(shi)時實(shi)現。
　　爲(wei)此,分(fen)析電(dian)磁流(liu)量計(ji)瞬态(tai)過程(cheng)的信(xin)号模(mo)[10,11]型，提(ti)出電(dian)壓💋電(dian)流比(bi)值的(de)處理(li)方法(fa)，确定(ding)了電(dian)壓電(dian)流比(bi)值🥰與(yu)流量(liang)之間(jian)的關(guan)系;定(ding)量計(ji)算并(bing)比較(jiao)了穩(wen)态測(ce)量和(he)瞬态(tai)♉測量(liang)時✂️勵(li)磁線(xian)圈上(shang)的功(gong)耗;設(she)🧡計基(ji)于DSP的(de)硬件(jian)，采集(ji)電壓(ya)電流(liu)數據(ju)進行(hang)了💜離(li)線驗(yan)證👄;研(yan)制DSP軟(ruan)件，實(shi)時實(shi)現瞬(shun)态測(ce)量方(fang)法;進(jin)行水(shui)流量(liang)标定(ding)實驗(yan)驗證(zheng)。
2瞬态(tai)測量(liang)原理(li)
2.1信号(hao)模型(xing)
　　瞬态(tai)測量(liang)由于(yu)勵磁(ci)時間(jian)短，勵(li)磁電(dian)流和(he)其感(gan)應産(chan)生的(de)磁場(chang)均不(bu)能達(da)到穩(wen)态，此(ci)時的(de)勵磁(ci)線圈(quan)應作(zuo)爲一(yi)🙇‍♀️-個感(gan)性負(fu)載處(chu)理。因(yin)此,在(zai)勵磁(ci)電流(liu)的非(fei)穩态(tai)上升(sheng)過程(cheng)中,線(xian)圈中(zhong)勵磁(ci)電流(liu)爲:

　　式(shi)中:U爲(wei)勵磁(ci)電壓(ya);R爲勵(li)磁回(hui)路電(dian)阻;α=R/L爲(wei)勵磁(ci)回路(lu)時間(jian)常數(shu)📱;L爲❤️勵(li)磁線(xian)圈電(dian)感。管(guan)道中(zhong)導電(dian)液體(ti)流經(jing)勵磁(ci)電流(liu)感應(ying)産生(sheng)的磁(ci)場時(shi),産生(sheng)感應(ying)電動(dong)勢。忽(hu)略共(gong)模幹(gan)擾等(deng)噪聲(sheng)影響(xiang)，傳感(gan)器⚽電(dian)極兩(liang)端産(chan)生的(de)信号(hao)電壓(ya)爲🔞:

　　可(ke)見,信(xin)号電(dian)壓主(zhu)要由(you)2部分(fen)組成(cheng):一部(bu)分是(shi)導電(dian)液體(ti)流經(jing)磁場(chang)産生(sheng)的電(dian)壓分(fen)量即(ji)流量(liang)分量(liang)，其大(da)小與(yu)流量(liang)相關(guan),系數(shu)a對應(ying)流速(su);另一(yi)部分(fen)爲微(wei)分幹(gan)擾,其(qi)系數(shu)爲b。分(fen)析可(ke)知，微(wei)📞分幹(gan)擾是(shi)由勵(li)磁電(dian)流變(bian)化所(suo)引起(qi)，其系(xi)數b與(yu)管道(dao)内流(liu)速無(wu)關。微(wei)分幹(gan)擾不(bu)随流(liu)速變(bian)化，随(sui)時間(jian)增加(jia)而逐(zhu)漸變(bian)小。
2.2電(dian)壓電(dian)流比(bi)值方(fang)法
　　針(zhen)對瞬(shun)态測(ce)量,通(tong)過對(dui)信号(hao)電壓(ya)的分(fen)析，确(que)定了(le)信号(hao)💰電壓(ya)和🙇🏻勵(li)磁電(dian)流的(de)比值(zhi)與流(liu)量的(de)線性(xing)關系(xi)，提出(chu)了基(ji)于📧電(dian)壓♋電(dian)流比(bi)值的(de)處理(li)方法(fa)。瞬态(tai)測量(liang)勵磁(ci)時間(jian)🔅短,勵(li)磁電(dian)流及(ji)其感(gan)應産(chan)生的(de)磁場(chang)均未(wei)進入(ru)穩态(tai)。在勵(li)磁電(dian)流的(de)上升(sheng)過程(cheng)中，微(wei)分💰幹(gan)擾隻(zhi)随時(shi)間變(bian)化，而(er)流量(liang)分量(liang)受到(dao)勵磁(ci)電流(liu)的影(ying)響，其(qi)大小(xiao)不僅(jin)與流(liu)速有(you)關,還(hai)随時(shi)間變(bian)化。爲(wei)了消(xiao)除勵(li)磁電(dian)流對(dui)流🏃🏻‍♂️量(liang)分量(liang)的影(ying)響,同(tong)時減(jian)小電(dian)流波(bo)動帶(dai)來的(de)磁場(chang)波動(dong)對信(xin)号産(chan)生的(de)影響(xiang),将信(xin)号電(dian)壓比(bi)上勵(li)磁電(dian)流，即(ji)式(2)比(bi)上式(shi)(1),得到(dao):

　　式中(zhong):i=1,2.k;ti爲同(tong)相位(wei)對應(ying)的時(shi)間點(dian)。根據(ju)式(4),幹(gan)擾隻(zhi)随時(shi)間變(bian)化而(er)與流(liu)速無(wu)關，那(na)麽對(dui)于任(ren)一同(tong)相位(wei)點t，不(bu)同流(liu)量下(xia)的幹(gan)擾均(jun)爲相(xiang)同的(de)确定(ding)值。即(ji)同相(xiang)位取(qu)點後(hou)幹擾(rao)部分(fen)相同(tong)，電壓(ya)電流(liu)的比(bi)值隻(zhi)跟随(sui)流量(liang)變化(hua)。若對(dui)電壓(ya)電流(liu)比值(zhi)進行(hang)多個(ge)同相(xiang)位取(qu)點并(bing)求和(he)，得到(dao):

　　式(6)中(zhong)對電(dian)壓電(dian)流比(bi)值取(qu)了5個(ge)同相(xiang)位點(dian)。可知(zhi)，對電(dian)壓與(yu)電流(liu)比值(zhi)進行(hang)5個同(tong)相位(wei)取點(dian)後,在(zai)同一(yi)流量(liang)🤟下，每(mei)個同(tong)🈲相位(wei)🛀🏻點的(de)幹擾(rao)📐部分(fen)B(t)均是(shi)确定(ding)值，則(ze)求和(he)之後(hou)的也(ye)是一(yi)個确(que)定值(zhi)。又由(you)于不(bu)同流(liu)量下(xia)同相(xiang)位取(qu)點的(de)幹擾(rao)部分(fen)相同(tong)，則不(bu)同流(liu)量下(xia)電壓(ya)電流(liu)比值(zhi)的5個(ge)同❤️相(xiang)位🔴點(dian)求和(he)後🌂，幹(gan)擾也(ye)是相(xiang)同的(de)确定(ding)值。即(ji)對電(dian)壓電(dian)流比(bi)值取(qu)5個同(tong)相位(wei)點求(qiu)和後(hou),幹擾(rao)部分(fen)固定(ding),比值(zhi)的大(da)小隻(zhi)随🌈流(liu)量變(bian)化。而(er)流量(liang)爲零(ling)時，電(dian)壓電(dian)流比(bi)值等(deng)于幹(gan)擾部(bu)分💯的(de)值，所(suo)以，可(ke)将幹(gan)擾部(bu)分作(zuo)爲零(ling)點處(chu)理。
2.3功(gong)耗分(fen)析
　　以(yi) DN40 電磁(ci)流量(liang)計 爲(wei)例,比(bi)較穩(wen)态測(ce)量和(he)瞬态(tai)測量(liang)時勵(li)磁線(xian)圈上(shang)的功(gong)耗。對(dui)💔于口(kou)徑爲(wei)40mm,勵磁(ci)回路(lu)電阻(zu)爲56Ω,勵(li)磁線(xian)圈電(dian)感爲(wei)127mH的一(yi)次儀(yi)表🔴，穩(wen)态⚽測(ce)量🔞時(shi)采用(yong)高低(di)壓電(dian)源切(qie)換的(de)勵磁(ci)控制(zhi)方法(fa),穩态(tai)勵磁(ci)電流(liu)約爲(wei)180mA,勵磁(ci)頻率(lü)可🔅調(diao)[10),不同(tong)頻率(lü)勵磁(ci)時，勵(li)磁功(gong)耗基(ji)本相(xiang)同。當(dang)勵磁(ci)頻率(lü)爲12.5Hz時(shi)，每半(ban)周期(qi)勵磁(ci)時間(jian)爲40ms。在(zai)勵磁(ci)電流(liu)上升(sheng)到穩(wen)态值(zhi)這段(duan)時🏃🏻‍♂️間(jian)裏，加(jia)載在(zai)勵磁(ci)線圈(quan).上的(de)勵磁(ci)電壓(ya)爲80V,已(yi)知勵(li)磁回(hui)路時(shi)間常(chang)數爲(wei)，則此(ci)時的(de)勵磁(ci)電流(liu)爲：
　　勵(li)磁電(dian)源爲(wei)高壓(ya)電源(yuan)時,勵(li)磁電(dian)流可(ke)以快(kuai)速達(da)到180mA,之(zhi)後切(qie)換🛀🏻爲(wei)低壓(ya)源,使(shi)勵磁(ci)電流(liu)保持(chi)在穩(wen)态值(zhi)。計🔞算(suan)可知(zhi)，此時(shi)勵磁(ci)電📧流(liu)達🎯到(dao)180mA的時(shi)間約(yue)爲0.3ms,則(ze)上升(sheng)段對(dui)應的(de)勵磁(ci)能耗(hao)爲:

　　勵(li)磁電(dian)流達(da)到穩(wen)态值(zhi)後線(xian)圈.上(shang)勵磁(ci)電壓(ya)爲17V,勵(li)磁🍉電(dian)流達(da)到穩(wen)态值(zhi)的時(shi)間約(yue)爲0.3ms,半(ban)周期(qi)時間(jian)爲40ms,可(ke)得勵(li)磁⛱️電(dian)流穩(wen)定段(duan)對🧑🏾‍🤝‍🧑🏼應(ying)的能(neng)耗爲(wei):
W2=17V·0.18A·(0.04s-0.0003s)=0.1215J
　　即每(mei)半周(zhou)期的(de)勵磁(ci)功耗(hao)爲W=W1+W2=0.1237J。而(er)12.5Hz勵磁(ci)時每(mei)秒有(you)25個勵(li)🌈磁半(ban)周⛷️期(qi)♈，則普(pu)通電(dian)磁流(liu)量計(ji)1s内的(de)能耗(hao)爲Wp=W·75=3.0925J。
　　瞬(shun)态測(ce)量時(shi),配合(he)同樣(yang)的一(yi)-次儀(yi)表,計(ji)算了(le)在高(gao)頻🔞勵(li)磁時(shi)勵磁(ci)線圈(quan)上的(de)能耗(hao)。此時(shi),線圈(quan)上勵(li)磁電(dian)壓約(yue)爲16V,勵(li)磁頻(pin)率爲(wei)37.5Hz,每秒(miao)有75個(ge)勵磁(ci)半周(zhou)期。半(ban)周期(qi)勵磁(ci)時間(jian)爲8ms,此(ci)時勵(li)磁電(dian)🤞流尚(shang)未進(jin)入穩(wen)态，勵(li)磁電(dian)流最(zui)大約(yue)爲190mA。
由(you)瞬态(tai)測量(liang)時線(xian)圈中(zhong)勵磁(ci)電流(liu)爲

　　對(dui)比可(ke)知,瞬(shun)态測(ce)量時(shi)勵磁(ci)線圈(quan)上1s内(nei)的能(neng)耗約(yue)爲普(pu)通電(dian)磁✨流(liu)量計(ji)的64%,即(ji)瞬态(tai)測量(liang)時勵(li)磁線(xian)圈上(shang)的功(gong)耗約(yue)爲普(pu)通💯電(dian)磁流(liu)量計(ji)的64%。而(er)且瞬(shun)态測(ce)量時(shi)不需(xu)要恒(heng)流源(yuan)，也能(neng)降低(di)勵磁(ci)系統(tong)的功(gong)耗，所(suo)以,瞬(shun)态測(ce)量能(neng)有效(xiao)地降(jiang)低勵(li)磁系(xi)統🌈的(de)功耗(hao)。
3方法(fa)驗證(zheng)
　　爲了(le)驗證(zheng)提出(chu)的處(chu)理方(fang)法,硬(ying)件系(xi)統,采(cai)集電(dian)壓和(he)電流(liu)數據(ju),并對(dui)數據(ju)進行(hang)離線(xian)處理(li)。硬件(jian)設計(ji)中,選(xuan)用24位(wei)AD進行(hang)采樣(yang)，以更(geng)準确(que)地測(ce)得動(dong)态變(bian)化的(de)信号(hao)電壓(ya)和📐勵(li)磁電(dian)流,提(ti)高⛹🏻‍♀️測(ce)量精(jing)度。同(tong)時💃🏻，爲(wei)了準(zhun)确地(di)求得(de)電壓(ya)電流(liu)比值(zhi)💘，需要(yao)同步(bu)測得(de)電壓(ya)和電(dian)流。否(fou)則，會(hui)造成(cheng)電🐕壓(ya)電流(liu)比值(zhi)出現(xian)偏差(cha)，影響(xiang)到測(ce)量結(jie)🏒果。所(suo)以，硬(ying)件🌈電(dian)路中(zhong)使用(yong)兩片(pian)24位AD分(fen)别采(cai)集電(dian)壓和(he)電流(liu),并配(pei)置爲(wei)同步(bu)采樣(yang)。
3.1硬件(jian)研制(zhi)
　　硬件(jian)主要(yao)包括(kuo)勵磁(ci)驅動(dong)模塊(kuai)、信号(hao)調理(li)采集(ji)模塊(kuai)、人♋機(ji)👣接口(kou)模塊(kuai)、輸出(chu)模塊(kuai)、通訊(xun)模塊(kuai)和存(cun)儲模(mo)塊。在(zai)勵磁(ci)驅動(dong)模塊(kuai)中,通(tong)✨過DSP芯(xin)🐅片.上(shang)的ePWM産(chan)生勵(li)磁時(shi)序控(kong)🔞制H橋(qiao)的通(tong)斷,進(jin)而控(kong)制勵(li)磁線(xian)圈的(de)勵磁(ci)。信号(hao)調理(li)采集(ji)模塊(kuai)☂️中,通(tong)過兩(liang)片24位(wei)ADC同時(shi)采集(ji)經過(guo)信号(hao)處理(li)電路(lu)的信(xin)号電(dian)壓和(he)勵磁(ci)⛱️電流(liu)。人機(ji)接口(kou)模塊(kuai)中,利(li)用鍵(jian)盤設(she)置和(he)修改(gai)相關(guan)參數(shu),通過(guo)液晶(jing)實時(shi)顯示(shi)🌈流量(liang)相關(guan)信息(xi)。輸☁️出(chu)模塊(kuai)中,通(tong)過GPIO口(kou)控制(zhi)輸出(chu)4~20mA電流(liu)。通信(xin)模塊(kuai)中,通(tong)過上(shang)位機(ji)發出(chu)命令(ling),實現(xian)數據(ju)上傳(chuan)與參(can)數設(she)置。存(cun)儲模(mo)塊中(zhong)，利用(yong)🚶‍♀️鐵電(dian)存儲(chu)重要(yao)參數(shu)以及(ji)上次(ci)斷電(dian)時的(de)累計(ji)流量(liang)。與普(pu)通電(dian)磁流(liu)量計(ji)相比(bi)，由于(yu)瞬态(tai)測量(liang)時勵(li)磁電(dian)流不(bu)需要(yao)進入(ru)穩态(tai)，因而(er)在設(she)計中(zhong)去掉(diao)了恒(heng)流源(yuan)電路(lu)。
3.2離線(xian)數據(ju)分析(xi)
　　利用(yong)DSP硬件(jian)系統(tong)，在勵(li)磁電(dian)壓爲(wei)16V,勵磁(ci)頻率(lü)爲37.5Hz,勵(li)磁時(shi)間爲(wei)8ms,采樣(yang)頻率(lü)爲2500Hz的(de)情況(kuang)下，進(jin)行了(le)流量(liang)測量(liang)實驗(yan)。分.别(bie)在0，1.5,2.5,4.5，10，15,22.5m3/h等(deng)流量(liang)下采(cai)集勵(li)🎯磁電(dian)流和(he)信号(hao)電壓(ya)，并在(zai)Matlab中對(dui)采集(ji)的數(shu)據做(zuo)了相(xiang)應的(de)處理(li)。
　　瞬态(tai)測量(liang)利用(yong)的是(shi)勵磁(ci)電流(liu)動态(tai)上升(sheng)的階(jie)段，不(bu)需要(yao)🛀電流(liu)進入(ru)穩态(tai)。勵磁(ci)電流(liu)波形(xing)如圖(tu)1所示(shi)，由于(yu)是在(zai)勵磁(ci)控制(zhi)模塊(kuai)🏃的H橋(qiao)路近(jin)地端(duan)加入(ru)一一(yi)個檢(jian)🤞流電(dian)阻來(lai)測量(liang)勵磁(ci)電流(liu),所以(yi)，這樣(yang)的采(cai)集方(fang)法就(jiu)導緻(zhi)電流(liu)方向(xiang)始終(zhong)保持(chi)同向(xiang)。，可以(yi)看到(dao)❗,在勵(li)磁電(dian)
流的(de)瞬态(tai)_上升(sheng)過程(cheng)中，勵(li)磁電(dian)流還(hai)未進(jin)入穩(wen)态時(shi)系統(tong)就已(yi)經停(ting)止勵(li)磁,此(ci)時勵(li)磁電(dian)流達(da)到最(zui)大，約(yue)爲190mA,。

　　由于(yu)勵磁(ci)電流(liu)沒有(you)達到(dao)穩态(tai)，與之(zhi)對應(ying)的信(xin)号電(dian)壓也(ye)處于(yu)⛹🏻‍♀️非穩(wen)态過(guo)程，主(zhu)要包(bao)含流(liu)量分(fen)量和(he)微分(fen)幹擾(rao)🤞兩部(bu)分,但(dan)是,實(shi)際采(cai)⭕集到(dao)的傳(chuan)感器(qi)信号(hao)引入(ru)了直(zhi)流偏(pian)置和(he)♋50Hz工頻(pin)幹擾(rao),爲此(ci)🌈，對信(xin)号電(dian)壓進(jin)行梳(shu)⁉️狀帶(dai)通濾(lü)波處(chu)理以(yi)消除(chu)直流(liu)偏置(zhi)和工(gong)頻幹(gan)擾。各(ge)👈流量(liang)下信(xin)号🐪電(dian)壓梳(shu)狀帶(dai)🏃‍♀️通濾(lü)波後(hou)的🈚結(jie)果如(ru)圖3所(suo)示，信(xin)号電(dian)壓幅(fu)值由(you)低到(dao)高對(dui)應的(de)流量(liang)依次(ci)爲0~22.5m3/h。其(qi)中,圖(tu)2中信(xin)号電(dian)壓與(yu)圖1中(zhong)前2個(ge)半周(zhou)期的(de)勵磁(ci)電流(liu)相對(dui)應,爲(wei)正負(fu)兩個(ge)✨半周(zhou)期。可(ke)以看(kan)出，在(zai)非穩(wen)态上(shang)升過(guo)程中(zhong)，信号(hao)電壓(ya)的幅(fu)值與(yu)管道(dao)内流(liu)量大(da)小仍(reng)💘是相(xiang)關的(de)。當流(liu)量爲(wei)零時(shi)🏃,信号(hao)電壓(ya)主要(yao)爲微(wei)分幹(gan)✏️擾。

　　由(you)式(4)分(fen)析可(ke)知，電(dian)壓電(dian)流的(de)比值(zhi)與流(liu)量有(you)關。爲(wei)了進(jin)一🈲步(bu)驗❓證(zheng)電壓(ya)電流(liu)比值(zhi)與各(ge)流量(liang)之間(jian)的關(guan)系,将(jiang)經過(guo)濾波(bo)處理(li)的信(xin)号電(dian)壓除(chu)以對(dui)應的(de)勵磁(ci)電😄流(liu),再對(dui)每個(ge)半周(zhou)期電(dian)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓電(dian)流💘比(bi)值進(jin)行幅(fu)值解(jie)調，最(zui)後對(dui)解調(diao)後的(de)比🔆值(zhi)取5點(dian)求㊙️均(jun)值作(zuo)爲每(mei)半周(zhou)期的(de)輸出(chu)結果(guo)。
　　對各(ge)半周(zhou)期的(de)輸出(chu)結果(guo)求均(jun)值,再(zai)利用(yong)最小(xiao)二乘(cheng)法拟(ni)合,拟(ni)合出(chu)的關(guan)系曲(qu)線如(ru)圖3所(suo)示。圖(tu)3中，電(dian)壓電(dian)✂️流比(bi)值的(de)輸出(chu)結果(guo)落在(zai)拟合(he)曲線(xian)上或(huo)均勻(yun)地分(fen)布在(zai)曲線(xian)兩側(ce)。可見(jian)，電壓(ya)電流(liu)比值(zhi)與流(liu)量有(you)良好(hao)的線(xian)性關(guan)系;而(er)流量(liang)爲零(ling)時對(dui)應的(de)值即(ji)爲電(dian)壓與(yu)電流(liu)比值(zhi)後的(de)幹擾(rao)部分(fen)，可作(zuo)爲零(ling)點處(chu)理。

4實(shi)時測(ce)量
　　爲(wei)了進(jin)一步(bu)驗證(zheng)其精(jing)度,用(yong)C語言(yan)實現(xian)上述(shu)處理(li)方法(fa),研制(zhi)🐪DSP軟件(jian)🌐。在基(ji)于DSP的(de)瞬态(tai)測量(liang)系統(tong).上實(shi)時實(shi)現該(gai)測量(liang)方㊙️法(fa)，進行(hang)水♌流(liu)量♍标(biao)定實(shi)驗.和(he)功耗(hao)測試(shi)。
4.1軟件(jian)編程(cheng)
　　軟件(jian)設計(ji)采用(yong)模塊(kuai)化設(she)計方(fang)案,主(zhu)要功(gong)能模(mo)塊有(you):初始(shi)化模(mo)塊、驅(qu)動模(mo)塊、數(shu)據處(chu)理模(mo)塊、人(ren)機接(jie)口模(mo)塊等(deng),程序(xu)流程(cheng)圖如(ru)圖4所(suo)♋示。系(xi)統上(shang)電後(hou)先進(jin)行初(chu)始化(hua)，然😍後(hou)配置(zhi)兩片(pian)ADC同步(bu)采樣(yang),開啓(qi)勵磁(ci)中斷(duan)，勵磁(ci)開始(shi)工作(zuo)。半周(zhou)期采(cai)樣結(jie)束後(hou)🤩判斷(duan)采集(ji)到的(de)信号(hao)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼電壓(ya)是否(fou)超限(xian),之後(hou)調用(yong)算法(fa)模塊(kuai),刷新(xin)液晶(jing)顯示(shi)。在算(suan)法模(mo)塊🍓中(zhong),先是(shi)對采(cai)集到(dao)的信(xin)号電(dian)壓進(jin)🈚行梳(shu)狀帶(dai)通濾(lü)波處(chu)理♉，再(zai)将濾(lü)波後(hou)的電(dian)壓除(chu)以對(dui)應勵(li)磁電(dian)流,然(ran)後對(dui)電壓(ya)電流(liu)比值(zhi)進行(hang)半周(zhou)期幅(fu)值解(jie)調,對(dui)解調(diao)後的(de)比值(zhi)取5點(dian)求均(jun)值作(zuo)爲輸(shu)出結(jie)果參(can)與到(dao)流速(su)的計(ji)算。
4.2水(shui)流量(liang)标定(ding)
　　将電(dian)磁流(liu)量變(bian)送器(qi)與國(guo)内某(mou)大型(xing)企業(ye)研制(zhi)的40mm口(kou)⛱️徑的(de)夾持(chi)式傳(chuan)感器(qi)相配(pei)合，在(zai)實驗(yan)室的(de)水流(liu)量标(biao)㊙️定裝(zhuang)置.上(shang)，采取(qu)容積(ji)法進(jin)行标(biao)定,即(ji)将電(dian)磁流(liu)量計(ji)測得(de)的流(liu)量結(jie)果與(yu)量筒(tong)内體(ti)☁️積比(bi)較，驗(yan)證電(dian)磁流(liu)量計(ji)的精(jing)度。實(shi)驗數(shu)據如(ru)表1所(suo)示

　　如(ru)表1中(zhong)數據(ju)所示(shi)，共檢(jian)定了(le)5個流(liu)量點(dian),其中(zhong),最大(da)流速(su)爲5m/s,最(zui)小流(liu)🌏速爲(wei)0.3m/s。實驗(yan)結果(guo)表明(ming),在勵(li)磁頻(pin)率爲(wei)37.5Hz,勵磁(ci)時間(jian)爲8ms的(de)瞬🐉态(tai)測量(liang)中🔆,流(liu)量計(ji)測量(liang)精度(du)達到(dao)0.5級。實(shi)驗驗(yan)證表(biao)明，利(li)用勵(li)磁電(dian)流的(de)瞬态(tai)過程(cheng)進行(hang)測量(liang)的系(xi)統⚽，采(cai)用電(dian)壓電(dian)流比(bi)值🌈的(de)處理(li)方法(fa)能達(da)到普(pu)通電(dian)磁流(liu)量計(ji)的精(jing)度要(yao)求。
4.3功(gong)耗測(ce)試
　　功(gong)耗測(ce)試實(shi)驗DN40一(yi)次儀(yi)表的(de)線圈(quan)電阻(zu)爲56Ω,電(dian)感爲(wei)127mH,将😍其(qi)♻️分别(bie)與勵(li)磁頻(pin)率爲(wei)12.5Hz.的普(pu)通電(dian)磁流(liu)量變(bian)送器(qi)和37.5Hz、8ms.勵(li)磁的(de)瞬态(tai)測✌️量(liang)系統(tong)相配(pei)合進(jin)行了(le)勵磁(ci)系統(tong)的功(gong)耗測(ce)試。其(qi)中,通(tong)過測(ce)量勵(li)磁電(dian)源的(de)💃輸入(ru)電壓(ya)和輸(shu)入電(dian)流來(lai)計算(suan)勵🚶磁(ci)電源(yuan)的輸(shu)入功(gong)率。
　　普(pu)通電(dian)磁流(liu)量變(bian)送器(qi)的勵(li)磁系(xi)統采(cai)用了(le)高低(di)壓👣電(dian)源切(qie)換的(de)控制(zhi)方式(shi),其中(zhong),勵磁(ci)電源(yuan)的高(gao)壓爲(wei)80V,輸入(ru)電流(liu)爲12mA,低(di)壓爲(wei)24V,輸入(ru)電流(liu)爲176.8mA,即(ji)勵磁(ci)電源(yuan)的輸(shu)入🏃‍♀️功(gong)率爲(wei)5.20W。文中(zhong)瞬♈态(tai)測量(liang)系統(tong)的勵(li)磁電(dian)源輸(shu)入電(dian)壓爲(wei)24V,勵磁(ci)頻率(lü)爲37.5Hz時(shi)輸入(ru)電流(liu)爲65.4mA,即(ji)勵磁(ci)電源(yuan)的輸(shu)入🍓功(gong)率爲(wei)1.57W.結果(guo)表明(ming)，瞬态(tai)測量(liang)的勵(li)磁功(gong)耗約(yue)爲普(pu)通電(dian)磁流(liu)量計(ji)的30%。

5結(jie)束語(yu)
　　針對(dui)電磁(ci)流量(liang)計瞬(shun)态測(ce)量中(zhong)由于(yu)信号(hao)電壓(ya)同時(shi)受到(dao)流量(liang)和時(shi)間影(ying)響而(er)導緻(zhi)電壓(ya)與流(liu)量關(guan)系不(bu)明确(que)的問(wen)題，通(tong)過分(fen)☀️析瞬(shun)态過(guo)程中(zhong)動态(tai)變化(hua)的勵(li)磁電(dian)流🌍和(he)信号(hao)電壓(ya)，提出(chu)了電(dian)壓電(dian)流比(bi)值的(de)瞬态(tai)測量(liang)方法(fa)，确定(ding)了電(dian)壓電(dian)流比(bi)值與(yu)流量(liang)之間(jian)的關(guan)系。基(ji)于DSP的(de)硬件(jian)系統(tong)，采集(ji)☀️瞬态(tai)時的(de)勵磁(ci)電流(liu)和信(xin)号電(dian)壓,利(li)用文(wen)中方(fang)法在(zai)Matlab中對(dui)采集(ji)的數(shu)據做(zuo)了相(xiang)應處(chu)理。結(jie)💃果表(biao)明，數(shu)據的(de)處理(li)結果(guo)🌐與流(liu)量有(you)良好(hao)🌈的線(xian)性關(guan)系。編(bian)寫了(le)🏒DSP軟件(jian),在基(ji)于DSP的(de)系統(tong)上實(shi)時實(shi)現了(le)瞬态(tai)測量(liang)方法(fa)，進行(hang)了水(shui)流量(liang)标定(ding)實驗(yan)🔆。實驗(yan)結果(guo)表明(ming)，系統(tong)的測(ce)量精(jing)度能(neng)達到(dao)0.5%，與普(pu)通電(dian)磁流(liu)量計(ji)相同(tong)。測試(shi)了普(pu)通電(dian)磁☀️流(liu).量計(ji)和瞬(shun)态測(ce)量系(xi)統的(de)勵磁(ci)系統(tong)的功(gong)耗,結(jie)💃🏻果表(biao)明🔱，瞬(shun)态測(ce)量時(shi)勵磁(ci)系統(tong)的功(gong)耗約(yue)爲普(pu)通電(dian)磁流(liu)量計(ji)的30%，瞬(shun)态測(ce)量方(fang)法在(zai)實現(xian)高頻(pin)勵磁(ci)的同(tong)時能(neng)夠極(ji)大地(di)減小(xiao)功耗(hao)。

以上(shang)内容(rong)源于(yu)網絡(luo)，如有(you)侵權(quan)聯系(xi)即删(shan)除!