摘要：傳統(tǒng)電磁流量計
在(zài)消除微分幹擾(rǎo)時大多數采用(yong)在硬件電路.上(shàng)消除或者避開(kāi)微分幹擾時段(duan)進行采樣，很少(shao)研究影響幹擾(rao)的原因。基于🏒真(zhēn)實電極情況，建(jiàn)立電極回路測(ce)量模型并基于(yú)模型進行電極(jí)信号仿真，研究(jiu)了✌️傳感器參數(shu)和電極參數變(bian)化對微分幹擾(rǎo)的影響。結果表(biao)明，當🔞參數取值(zhi)不㊙️同時尖峰幹(gan)擾也不相同，從(cong)而爲研究和消(xiao)除幹擾減小🚶♀️測(cè)量誤差提供理(lǐ)論依據。
引言
電(dian)磁流量計是基(jī)于法拉第電磁(ci)感應定律的流(liu)量儀表，主要📐由(you)傳感器和變送(song)器組成，傳感器(qì)将待測流體轉(zhuǎn)換成電信号,變(biàn)送器對電信号(hào)進行一系列的(de)處理轉換成實(shi)際對應的流量(liàng)。理想🔞情況下電(dian)極上感應出的(de)電勢與流體流(liu)速成正比，但在(zài)實際中⚽電極信(xìn)号摻雜許多幹(gan)擾信号，主要的(de)幹擾爲微分⭐幹(gan)擾、同向幹擾☔、工(gōng)頻幹擾、共模幹(gàn)擾、串模幹擾、漿(jiang)液幹擾和極🔱化(huà)幹擾等。爲确💞保(bao)流量計測量準(zhǔn)确性須對幹擾(rǎo)進行抑制，如👉采(cai)用交流勵磁克(ke)服極化幹擾、高(gāo)共模抑🐆制比差(cha)分放大器克服(fu)共模幹擾、勵磁(cí)頻率爲工頻整(zhěng)數倍克服工頻(pín)幹擾、良好接地(dì)技術和靜電屏(ping)蔽克服串模幹(gàn)擾、漿液噪聲符(fu)合1/f特性可通過(guo)提高勵磁頻率(lü)加以克🌈服。經上(shàng)述信号處理方(fang)法之後電極上(shàng)主要的幹擾爲(wei)微分幹擾。當采(cǎi)用交流勵磁時(shi)，由于存在勵磁(cí)線圈等效電感(gan)，勵磁切換過程(cheng)中勵磁電流存(cún)在漸變過程，在(zài)這一過程中磁(ci)感應強🏃度處于(yú)非穩定狀态，變(biàn)化的磁場穿過(guo)由被測流體、測(cè)量電極、電極引(yǐn)出線和變送器(qi)共同組成的😍閉(bi)合回路，實際中(zhong)該回路不可能(néng)與磁力線保持(chí)平行，此時勵磁(cí)線圈相當于變(biàn)壓器的初級線(xian)圈，閉合回路等(deng)價于隻有一匝(zā)的次級線圈且(qie)回路大小可🌈等(deng)效爲回路電感(gan)。根據“變壓器♉效(xiao)應”會産生一個(ge)尖峰即微分幹(gan)擾疊加在電極(ji)上，影響流量👨❤️👨的(de)測量。
數據采集(jí)分析
1.1現場實驗(yan)
針對電磁流量(liang)計測量水煤漿(jiāng)時出現較大波(bo)動，甚至回零✏️這(zhè)👅一問題，特去某(mǒu)煤化工企業進(jìn)行現場數🐪據采(cǎi)集。該✉️公司所使(shi)用的對置式四(sì)噴嘴氣化爐有(yǒu)🍓4個噴嘴，噴嘴管(guǎn)🧑🏽🤝🧑🏻道口徑爲125mm,管中(zhong)水煤漿流量基(jī)本穩定在19m2/h(流速(sù)約爲0.48m/s)。每條噴嘴(zuǐ)煤漿線_上安裝(zhuang)⭐了3台電磁流量(liàng)計，每台電磁流(liu)量計♉由傳感器(qi)和變送器兩部(bu)🔞分組成。選擇其(qi)中1條水煤漿管(guan)線上的1台電磁(cí)流量計進行數(shù)♻️據采集，因爲該(gāi)台電磁流🌈量計(ji)測量結果♻️波動(dòng)大，甚至出現回(hui)♻️零的現象。将課(kè)題組⭕研制的基(ji)♌于DSP的電磁流量(liàng)變送器的信号(hao)線和勵磁線接(jiē)到該🏃🏻電磁流量(liang)傳感器📧的電極(ji)和勵磁線圈上(shàng),組合成完⚽整的(de)電磁流量計,進(jin)行水🚩煤漿數據(ju)采集。使用的電(dian)磁流量變送器(qì)是以TI公司DSP芯片(piàn)TMS320F28335爲核心，采用高(gao)頻勵磁方案，其(qi)🌈硬件主要包括(kuo)勵磁控制系統(tong)和信号采集處(chù)理系統，具體的(de)模塊有勵磁驅(qu)動模塊、信号🧡調(diào)理采集模塊、信(xìn)号處理控制模(mo)塊、人機接口模(mó)塊、通信模♻️塊及(jí)電👌源管理模塊(kuai)。信号調理采集(ji)模塊中的調理(lǐ)電路對一次儀(yí)表輸出的信号(hào)進行放大和濾(lü)波，截止頻率是(shì)2kHz,放大倍數約爲(wèi)230倍。通過NI公司USB-6216型(xíng)号的🔱數據采集(jí)卡進行數據采(cǎi)集，把調理電路(lù)的輸出端連接(jie)到數據采集卡(kǎ)的一個差分輸(shū)人端，并設置數(shu)據采集卡工作(zuò)在差分的測量(liang)模式，設置采集(jí)卡的采樣頻率(lǜ)爲10kHz.采集多組水(shui)🐇煤漿信号數據(jù)，每組數據的時(shi)✍️間長度爲5min.
1.2數據(ju)分析
現場采集(ji)了25Hz方波勵磁下(xia)的水煤漿信号(hào)，發現水煤漿信(xin)㊙️号的幅值非常(chang)大，甚至接近AD的(de)量程上限。水煤(mei)漿信🌈号主要由(you)感應🐅電動勢信(xìn)号和電極噪聲(shēng)組成👅。其中，感㊙️應(yīng)電動勢信号是(shì)由導電液體切(qie)割磁場産生的(de)，其幅值和相同(tóng)流量下介質爲(wei)水的感應電動(dong)🈲勢幅值相同，僅(jǐn)約爲數十🐇毫伏(fu)。這是因爲電磁(ci)流量計不受被(bei)測導電介質的(de)溫度、黏度、密度(dù)以及導電率的(de)影響，隻要經過(guo)水标定後，就可(ke)以用來測量其(qi)他導電液體的(de)流量💔。電極噪聲(shēng)是水煤漿中的(de)固體顆粒劃過(guo)電極而引起🌍的(de)信号跳變，也稱(chēng)爲漿液噪聲，具(ju)有強非平穩性(xing)、随機性，頻域具(jù)有近似1/f的特性(xing)。水煤漿信号✔️中(zhōng)的漿液噪👨❤️👨聲🐉幅(fú)值非常大，峰值(zhí)可達數伏，遠遠(yuǎn)高于與流量相(xiàng)關的❄️感應電動(dòng)勢信号。這給流(liú)量信号的提取(qǔ)造成了極大的(de)困難”。
2基于MATLAB的電(dian)極信号仿真
2.1仿(pang)真模型
基于Matlab中(zhōng)Siumlink對電極信号進(jin)行仿真，勵磁方(fang)式爲三值波勵(lì)磁，勵磁頻率f=25Hz,傳(chuán)感器參數D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁(ci)系統參數Ue=100V、穩态(tài)電流I0=200mA。由公式(1)，在(zai)固定流速下⭐感(gǎn)應電勢與勵磁(ci)電流成正比，通(tōng)過增加♻️Gain1模塊得(de)到感應電勢信(xin)号。對勵磁流進(jin)行求導即經模(mo)塊Derivative得到微分噪(zào)聲，其中Gain值與Lx和(he)L1相關。感應電勢(shì)與噪聲經Add1疊加(jiā)之後得到電極(ji)信号E1(t)。scope觀🈲察輸出(chū)信号波形。将傳(chuán)感器參數代人(ren)到勵磁電流穩(wěn)态調節時間公(gōng)🥰式中，得電流上(shang)升時間爲360μs，測得(dé)實際♻️上升時間(jiān)爲390μs，兩者相差不(bu)大，驗證了仿真(zhen)模型的🤟正确性(xìng)。
2.2仿真實驗
仿真(zhen)試驗中，設定線(xiàn)圈等效電感取(qǔ)值範圍爲162~212mH，間隔(ge)10mH;閉合🚶回🌂路等效(xiao)電感範圍0.2~1mH,間隔(gé)爲0.2mH;雙電層電容(róng)、接觸電阻🚩随流(liú)體電導率變化(hua)🈲而變化，電導率(lǜ)增大接觸電阻(zu)和雙電層電容(rong)減小而電荷傳(chuán)遞電阻增大。可(ke)設定電極接觸(chu)電阻、雙電層電(dian)容和電荷傳遞(dì)電阻✏️範圍分别(bie)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由公式(7)知(zhi)👌，可用T2表示.上述(shu)三者關系。仿真(zhēn)參數取值🔞不同(tong)情況下，通🏃🏻♂️過MATLABI具(ju)箱對仿真🔴測量(liàng)🚩得到的幹🈲擾峰(feng)值進行曲線拟(ni)合畫出相應的(de)曲線圖吧。
3結束(shù)語
主要針對電(diàn)磁流量計的50Hz工(gōng)頻幹擾，提出采(cǎi)用巴特沃♋斯帶(dài)阻濾🚶♀️波的信号(hao)處理方法，運用(yong)MATLAB實現巴特沃斯(si)帶阻濾波器👈的(de)設計。通過MATLAB仿真(zhēn)，驗證了本濾波(bo)方法的可💃🏻行性(xìng)，将50Hz工頻幹擾有(yǒu)效👈地濾除，研制(zhi)出基于💋MSP430的低頻(pin)矩形波勵磁的(de)轉換器，并設計(ji)了軟件系統，可(ke)以實時處理信(xin)号。爲了驗證濾(lü)波算法的可行(hang)性🔞，并測試電磁(ci)流量計的測量(liang)精度，采用标準(zhǔn)表标定法進行(háng)了水流量标定(dìng)實驗。
以上内容(rong)源于網絡，如有(you)侵權聯系即删(shan)除!
