摘要:針對(dui)電磁流量(liang)計 測量信(xin)号複雜而(ér)微弱,導緻(zhì)失真和幹(gan)擾信号被(bei)放大🏃‍♂️的問(wen)題🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。依據低(di)頻矩形波(bō)勵磁方式(shì)下電磁流(liu)量計的工(gōng)作原理和(hé)流🌈量與信(xin)号的基本(běn)關系,提出(chu)了♉一種基(ji)波平均值(zhí)信号預處(chu)理方法,經(jīng)🌈過分析和(hé)試驗證明(míng)可以提高(gāo)抗幹擾能(neng)力✉️和動态(tài)響應，在量(liang)程範圍内(nèi)，測量精度(dù)達到0.25%.
工業(yè)計量過程(chéng)中常用電(diàn)磁流量計(jì)來計量管(guǎn)道液🥰體流(liú)🥰量,測量原(yuan)理是基于(yú)法拉第電(dian)磁感應定(dìng)律，随着電(dian)磁流量計(ji)的發展，勵(lì)磁方式也(ye)得到不斷(duan)的改進,現(xian)行的電磁(cí)流量計中(zhōng),低頻矩形(xíng)波勵磁方(fāng)式是設計(ji)人員主要(yào)采用的方(fang)法.這種勵(lì)磁周🛀期爲(wei)工頻🌂的整(zhěng)數倍，正負(fù)矩形波勵(li)磁技術,明(míng)顯提高了(le)電磁🔆流量(liàng)計的抗✨幹(gan)擾能力和(hé)測量精度(dù).但是對信(xìn)号處理方(fāng)法的不同(tóng)，将使電磁(cí)流量計的(de)靜動态流(liu)量測量性(xìng)能有所差(cha)異.理想的(de)信号處理(lǐ)方🐅法應保(bao)持基本原(yuan)理上的純(chún)線性和快(kuai)速響☔應特(tè)性"
1.一般電(dian)磁流量計(jì)的信号處(chu)理方式
電(diàn)磁流量計(ji)的基本原(yuan)理如圖1所(suǒ)示,理想測(ce)量方程爲(wei)🐆叫
 
式中:C爲(wei)儀表常數(shu);B爲感應磁(ci)場強度;D爲(wei)傳感器管(guan)逍直徑;V爲(wei)流體流速(su);
 
式(shì)(1)表示電磁(ci)流量計産(chan)生的感應(ying)電動勢eab與(yu)流體流速(sù)🐪V呈線✊性關(guān)系，但在實(shi)際的電磁(ci)流量計工(gōng)作過程中(zhong)發現，感💃應(yīng)的電勢信(xìn)号上總是(shi)疊加了一(yī)系列的💞幹(gàn)擾信号.這(zhe)些幹擾信(xin)号的來源(yuán)主要有工(gōng)頻幹擾:包(bāo)括串模和(hé)共模幹擾(rǎo)，數字電路(lu)産生的高(gao)頻幹擾;微(wei)分噪聲,同(tong)相噪聲,低(di)頻有色噪(zào)聲幹擾.電(diàn)磁流.量計(ji)信号處理(li)方式的發(fa)展就是圍(wei)繞克服以(yǐ)上幹擾噪(zao)聲,有效✂️地(dì)放大感應(ying)信㊙️号而發(fā)展.
現在很(hen)多電磁流(liú)量計的信(xin)号處理方(fāng)法采用了(le)電容隔🆚離(lí)法⛹🏻‍♀️,電容隔(ge)離法是将(jiāng)零點漂移(yi)近似作爲(wei)直流.處理(li)的一種🛀🏻方(fang)法,即通過(guo)電容耦合(he)來隔離零(ling)點漂移幹(gàn)擾，實現對(dui)感應電勢(shi)信号的提(ti)取.放大處(chù)理.基本電(diàn)路如圖2.
 
信(xin)号通過輸(shu)人端差動(dòng)放大器A1,A2抑(yi)制共模幹(gan)擾,經過電(diàn)容🌏C1,C2耦合後(hòu)由A3放大K倍(bei),于圖3中的(de)T/2時刻前采(cai)樣保持,經(jing)A6放♌大後,實(shí)現輸出uo=2Kneab,Ka爲(wei)整機放大(da)倍數.這種(zhǒng)方法結構(gòu)簡單☔,在電(diàn)路原理上(shang)容易實🌈現(xian),對高頻幹(gàn)擾可以起(qi)到有效的(de)抑制作🏃🏻‍♂️用(yong),但是抗幹(gan)擾能力特(tè)别差,信号(hao)放大後,輸(shu)⛹🏻‍♀️出非常不(bú)穩定.主要(yao)原因是由(yóu)于共模幹(gàn)擾的影.響(xiǎng)和隔離電(dian)容無法隔(ge)離零點漂(piao)移等并非(fēi)真正直流(liú)的低頻分(fen)量的影響(xiang).因此爲了(le)穩定信号(hao)值,隻有提(ti)高采樣保(bǎo)持電容C3,C4.參(cān)數,對信🐕号(hao)處理的輸(shū)出級加大(da)濾波的時(shi)間常數.表(biao)面上看儀(yi)表✊的輸出(chū)穩定了,但(dan)卻加大了(le)信号對于(yu)流體流速(sù)變化的🧡響(xiang)應時間.所(suo)以,這種方(fang)法一📞般隻(zhī)适用于勵(li)磁周期在(zai)8倍👅以上工(gōng)頻周期.的(de)情況.
 
在電容隔(ge)離法基礎(chu)上,應用零(líng)點漂移法(fǎ).基線控制(zhi)✂️法"等信号(hao)處理方法(fǎ)都能在一(yi)定程度上(shang)克服電容(rong)隔離法的(de)不足⭕,抑制(zhi)幹擾,提高(gao)動态響應(yīng)速度和線(xiàn)❤️性度.
2基波(bō)平均值轉(zhuǎn)換的信号(hao)處理方法(fa)
如上所述(shu),電容隔離(li)法或補償(cháng)電路不能(neng)很好解決(jue)🥵感應信号(hao)失真和幹(gan)擾信号被(bei)放大等問(wen)題.經過大(dà)量實驗和(hé)對國外電(dian)🏃‍♀️磁流📱量計(jì)的研究,本(běn)文提出一(yī)種基波平(ping)均值轉換(huan)的信号處(chù)🌂理方法，基(ji)于e(t)與峰值(zhí)😄、平均值、有(yǒu)效值成正(zheng)比關系，對(dui)👉信号進行(hang)濾波并采(cǎi)👌用基波平(píng)均值處理(li)轉換的方(fāng)法，可以有(yǒu)效提高電(diàn).磁流量計(ji)抗幹擾的(de)能力.結構(gòu)框圖如圖(tu)4.
 
傳感器輸(shu)出流量信(xin)号十分微(wei)弱,爲幾十(shi)微伏的交(jiāo)流信号,并(bìng)疊加了多(duō)種頻率的(de)噪聲幹擾(rao)，表示爲
 
式(shì)中,前兩項(xiang)爲信号基(ji)波和諧波(bo),後四項爲(wei)幹擾噪聲(shēng)(包括零均(jun)值噪聲、共(gòng)模噪聲、微(wei)分噪聲、同(tong)相幹擾).
信(xìn)号是對稱(cheng)方波脈沖(chong)形式,幅值(zhí)爲幾十微(wēi)伏,脈沖寬(kuān)度♋50ms,周期200ms,脈(mo)沖占空比(bǐ)爲0.5,整機放(fàng)大倍數2200倍(bèi).信号預處(chu)理電路爲(wèi)帶通濾波(bō)器,主要消(xiao)除諧波和(hé)零均值🈲噪(zào)聲.式(2)中微(wēi)分噪聲在(zai)一定的流(liú)體介質下(xia),産生的誤(wù)差爲系統(tǒng)誤
差,可以(yi)由信号調(diao)理電路末(mò)級的微分(fen)噪聲補償(chang)電路校💰準(zhun)🌈去除。可以(yǐ)忽略。共模(mó)幹擾雖然(ran)可以通過(guo)提高電路(lù)的共模抑(yì)制比來🤞消(xiāo)除，但實際(ji)上由于元(yuan)器件的溫(wen)度系數分(fèn)散性較大(da),因此不可(ke)能使共模(mó)放大倍數(shù)Kc等于零,如(rú)采用圖2的(de)方法,初😘級(ji)爲雙端輸(shū)人單端輸(shū)出,則共模(mó)電壓e在中(zhong)間級主放(fàng)大器A3處會(hui)被放大K3倍(bèi),這樣會影(ying)響後級的(de)信号處理(lǐ)，采用新的(de)方法提高(gāo)CMRR,根據差動(dòng)放大電路(lù)的特點,在(zai)第一、第二(èr)級采用四(si)運放,差動(dong)信号💯爲雙(shuang)端輸出,不(bú)經合并直(zhí)接進人下(xià)一級.将第(di)三級設計(ji)爲增益是(shi)1的低通濾(lǜ)波🤞電路,此(ci)信号處理(li)方法可以(yǐ)使ec不被放(fàng)大,從而避(bi)免影響整(zheng)⭐機信号.按(àn)CMRR爲100dB計算,由(yóu)于采用了(le)新的處理(li)方式，差動(dong)流速✨信号(hao)放大系數(shu)爲Kd=1,所以計(jì)算得Ke=10-5,即整(zheng)機信号調(diào)理電㊙️路可(ke)以将共模(mo)幹擾信号(hao)衰減105倍.對(dui)于由電極(ji)對地形成(cheng)的幹🐅擾有(yǒu)如下關系(xi)”，
 
式中:Rj爲勵(lì)磁線圈對(dui)電極的絕(jue)緣電阻;Rs爲(wèi)傳感器感(gan)應信号内(nei)阻;r爲傳感(gǎn)器接地電(diàn)阻;E勵磁電(dian)壓;當E=24V時,共(gong)模幹擾電(dian)壓ec=5mV,經❗衰減(jiǎn)105倍後隻有(yǒu)0.05μV,此幹擾電(diàn)壓對輸出(chū)不會有♊影(ying)響.通過實(shi)驗證明,CMRR做(zuo)得很高時(shí),應用此方(fāng)法抗幹擾(rǎo)能力的确(que)很強。
該電(diàn)磁流量計(jì)已經得到(dao)應用,并依(yi)據JJG198-94《速度式(shi)流量計檢(jian)定🐉規程👉》,利(li)用質量法(fǎ)水标準裝(zhuāng)置,對采用(yòng)基波平均(jun1)值信号預(yù)處理🈲電路(lu)的電磁流(liu)量計進行(hang)檢定,重複(fu)性誤差爲(wèi)0.1%,基本誤差(cha)爲0.25%,線性度(dù)0.3%,檢測結果(guo)如表🌏1.
 
3結語(yǔ)
本文主要(yào)探讨了電(dian)磁流量計(ji)在低頻矩(jǔ)形波勵磁(cí)下的信号(hào)處理方法(fǎ),并介紹了(le)在信号預(yù)處理過程(cheng)中,基波平(píng)均值法可(kě)以滿足小(xiǎo)信号放大(dà)調理的苛(kē)刻要求.電(dian)磁流📧量計(jì)還有其他(ta)信号處🔴理(li)方式，但都(dōu)無法脫離(li)🐕濾波、噪聲(shēng)抑制等技(ji)術問題，同(tóng)時産品化(hua)過程中還(hai)必須考慮(lü)電路屏蔽(bi)措施、熱🔞電(diàn)勢、接點處(chù)♻️理方法和(hé)接🌈地、裝配(pèi)工藝等對(dui)🌈信号處理(lǐ)電路的影(ying)響,這樣才(cái)🏃能從根本(ben)上提高動(dòng)态響應和(hé)儀表精度(du)🐉.

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