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电磁流量计

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电磁流量计的基波平均值信号处理方法

来源:www.88125a.com作者:发表时间:2017-06-05 16:55:57

     摘要:针对电磁流量计测量信号复杂而微弱,导致失真和干扰信号被放大的问题.依据低频矩形波励磁方式下电磁流量计的工作原理和流量与信号的基本关系,提出了一种基波平均值信号预处理方法,经过分析和试验证明可以提高杭干扰能力和动态响应,在量程范围内,测量准确度达到0.25%.

 
    工业计量过程中常用电磁流量计来计量管道液体流量,测量原理是基于法拉第电磁感应定律.随着电磁流量计的发展,励磁方式也得到不断的改进,现行的电磁流量计中,低频矩形波励磁方式是设计人员主要采用的方法.这种励磁周期为工频的整数倍,正负矩形波励磁技术,明显提高了电磁流量计的抗干扰能力和测量精度.但是对信号处理方法的不同,将使电磁流量计的静动态流量测量性能有所差异.理想的信号处理方法应保持基本原理上的纯线性和快速响应特性.
 
1、一般电磁流量计的信号处理方式
    电磁流量计的基本原理如图1所示,理想测量方程为:QQ截图20170605165553.jpg
 
式中:C为仪表常数刀为感应磁场强度;D为传感器管道直径;V为流体流速;
电磁流量计基本原理图
 
式(1)表示电磁流量计产生的感应电动势eab与流体流速V呈线性关系.但在实际的电磁流量计工作过程中发现。感应的电势信号上总是叠加了一系列的干扰信一号.这些干扰信号的来源主要有工频干扰:包括串模和共模干扰,数字电路产生的高频干扰;微分噪声,同相噪声,低频有色噪声干扰.电磁流量计信号处理方式的发展就是围绕克服以上干扰噪声,有效地放大感应信号而发展.
    现在很多电磁流量计的信号处理方法采用了电容隔离法,电容隔离法是将零点漂移近似作为直流处理的一种方法,即通过电容藕合来隔离零点漂移干扰,实现对感应电势信号的提取、放大处理.基本电路如图2.
电容隔离法信号调理电路图
 
    信号通过输人端差动放大器A,, A:抑制共模干扰,经过电容C,, C2藕合后由A,放大K倍,于图3中的T/2时刻前采样保持,经A6放大后,实现输出uo=2 Kneab, K。为整机放大倍数.这种方法结构简单,在电路原理上容易实现,对高频干扰可以起到有效的抑制作用,但是抗干扰能力特别差,信号放大后,输出非常不稳定.主要原因是由于共模干扰的影响和隔离电容无法隔离零点漂移等并非真正直流的低频分量的影响.因此为了稳定信号值,只有提高采样保持电容C3, C4参数,对信号处理的输出级加大滤波的时间常数.表面上看仪表的输出稳定了,但却加大了信号对于流体流速变化的响应时间.所以,这种方法一般只适用于励磁周期在8倍以上工频周期的情况.
励磁及信号波形
    在电容隔离法基础上,应用零点漂移法、基线控制法等信号处理方法都能在一定程度上克服电容隔离法的不足,抑制干扰,提高动态响应速度和线性度.
 
2、基波平均值转换的信号处理方法
 
    如上所述,电容隔离法或补偿电路不能很好解决感应信号失真和干扰信号被放大等问题.经过大量实验和对国外电磁流量计的研究,本文提出一种基波平均值转换的信号处理方法,基于e(t)与峰值、平均值、有效值成正比关系,对信号进行滤波并采用基波平均值处理转换的方法,可以有效提高电磁流量计抗干扰的能力.结构框图如图4.
基波平均法信号调理框图
 
    该电磁流量计已经得到应用,并依据JJG 198 -94((速度式流量计检定规程》,利用质量法水标准装置,对采用基波平均值信号预处理电路的电磁流量计进行检定,重复性误差为0.1%,基本误差为0.25%,线性度0.3%,检测结果如表1.
检测结果
 
3、结语
 
    本文主要探讨了电磁流量计在低频矩形波励磁下的信号处理方法,并介绍了在信号预处理过程中,基波平均值法可以满足小信号放大调理的苛刻要求。电磁流量计还有其他信号处理方式,但都无法脱离滤波、噪声抑制等技术问题,同时产品化过程中还必须考虑电路屏蔽措施、热电势、接点处理方法和接地、装配工艺等对信号处理电路的影响,这样才能从根本上提高动态响应和仪表精度.