電磁流量計極化處理方法

電磁流量計極化處理方法
   傳統(tǒng)的線圈勵磁的電磁流量計的信號放大處理部分，在國內(nèi)外都有相關(guān)和論文，內(nèi)容涉及工頻同步信號的提取、動態(tài)調(diào)零方法、數(shù)據(jù)的采集與處理技術(shù)等【34。361。由3．1．2節(jié)可知，電極埋在電解質(zhì)的液體中將發(fā)生正負(fù)離子的定向移動，在電極與流體介質(zhì)間會形成一定的電場，這就是平常所說的極化現(xiàn)象。極化電壓是漂移的直流電壓，過大的極化電壓直接進入差動放大器往往把放大器阻塞，導(dǎo)致流量信號不能放大。即使能放大，由于迭加的共模電壓是漂移變動的，因此流量信號的輸出擺動也很大。這樣說來，如何在降低極化電壓的同時，有效的放大流量感應(yīng)信號，成為影響儀表測量精度的一個重要因數(shù)。在傳統(tǒng)的線圈勵磁的電磁流量計中，極化電壓主要表現(xiàn)為信號的零點漂移，典型的消除零點漂移的方法有電容隔離法、反饋式信號處理方法和三次采樣消除零點漂移法[37-391箜可o
   3．2．1電容隔離法
   電容隔離法是將零點漂移近似作為直流信號的一種處理方法，即通過電容耦合隔離直流漂移干擾，實現(xiàn)對感應(yīng)流量信號有效的放大。如圖3．3是典型的電容隔離法的框圖。圖3．3電容隔離法
   在圖3．3中，電極上的信號經(jīng)過電容耦合來隔離零點漂移干擾，然后經(jīng)過差分放大消去共模干擾，兩個采樣保持器分別在f。、吒+。時刻保持信號，得流量信號為E(f。)一E(r州)。信號處理環(huán)節(jié)通常只有一個前向通道。但電容隔離法使信號產(chǎn)生畸變，不能*消除零點漂移，而且會減慢動態(tài)響應(yīng)速度。而勵磁周期較小時又會使零點漂移不能接近于直流分量。因此，實際的電容隔離法一般只用于勵磁周期在8倍以上工頻周期情況，為了保證具有穩(wěn)定的流量測量值，通常電容隔離法還要對信號處理輸出進行較大時間常數(shù)的濾波，這導(dǎo)致其信號響應(yīng)時間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勵磁周期。當(dāng)然，在一些流體流速變化不是很大的場合，電容隔離法是一種實用的信號處理方法【381。
   3．2．2反饋式信號處理方法
   與電容隔離信號處理法不同，反饋式信號處理方法的設(shè)計思路是除前向通道外，在信號處理環(huán)節(jié)中加入信號反饋通道構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)對流量信號的負(fù)反饋補償，以消除零點漂移、泥漿噪聲等各種干擾的影響。近十年來，人們不斷地設(shè)計出反饋信號處理方法的電磁流量計。例如， Cushing給出了一種利用信號反饋方式消除工頻干擾和勵磁磁場不穩(wěn)定帶來的干擾m1：Mochizuki在每隔半個勵磁利用積分電路進行一次信號反饋把零點漂移和干擾噪聲抑制到零點附近【4l】；Maechewka通過判斷采樣信號大小進行信號反饋，如采樣信號超過給定的閥值范圍，則說明存在干擾需要信號反饋，其信號反饋是通過分壓電路和采樣保持電路來實現(xiàn)的【421。早期的反饋式信號處理技術(shù)顯著的特點是反饋信號從信號放大輸出端直接取得、按勵磁頻率或在特定的條件下進行信號反饋。由于設(shè)計方法的缺陷，這些反饋式信號處理方法在放大信號、動態(tài)消除零點漂移及其它干擾等方面的效果并不明顯，不能從根本上提高電磁流量計整體性能。國內(nèi)提出過一種反饋式信號處理方法【371，其原理是通過對零點漂移的動態(tài)辨識，判斷出是零點漂移還是流體流速的變化，再將辨識出的零點漂移值反饋回前極的放大器中，使放大器再消除零點漂移后對信號進行高增益放大。這種反饋補償?shù)姆椒軐崿F(xiàn)在64毫安的小勵磁電流、50Hz勵磁頻率的條件下，使信號在高增益下具有良好的穩(wěn)定性和較大的量程動態(tài)范圍。1988年Tiley提出了另一種反饋式信號處理方法【36】：零點漂移反饋法。該方法的特點是通過兩個采樣保持器輸出端上兩個電阻的中點電壓來獲取零點漂移值，反饋回放大器輸入端對流量信號進行補償。文獻[34】分析指出，在低頻矩形波勵磁下，通過反饋電路，反饋信號對放大后的流量信號中的零點漂移信號進行動態(tài)消除。在流量穩(wěn)定的情況下，零點漂移反饋法可使用最小勵磁周期(工頻周期的1倍)，并能在動態(tài)消除零點漂移的情況下有效地放大感應(yīng)電勢信號。但當(dāng)流速變化時，零點漂移反饋經(jīng)多個勵磁周期才能達到應(yīng)有的響應(yīng)值，其對信號的動態(tài)響應(yīng)時間一般至少是對應(yīng)勵磁周期的3倍。
   零點漂移反饋法的另一個缺陷在于當(dāng)外界干擾或零點漂移過大，使運放輸出電壓飽和，則會出現(xiàn)反饋信號為零，無法消除零點漂移的情況。1999年，上海大學(xué)李斌教授結(jié)合了早期反饋式信號處理方法和零點漂移反饋法的各自優(yōu)點，提出了一種基線控制的反饋式信號處理方法【34’3引。基線控制信號處理法將矩形負(fù)(或正)恒定勵磁段下的某個信號值作為信號的相對基線值，經(jīng)放大器放大后直接送入基線調(diào)節(jié)器與期望基線值進行比較，實現(xiàn)以基線為標(biāo)準(zhǔn)的平移控制。放大后的信號經(jīng)過兩個采樣保持器的操作輸入到差分減法器實現(xiàn)高精度減法，最終獲得精確的流量信號。在低頻矩形波勵磁周期為工頻周期的1倍的條件下，采用基線控制法使電磁流量計具有1．5個勵磁周期的快速信號響應(yīng)時間并能使信號放大倍數(shù)達到104數(shù)量級以上。可見，基線控制法能在消除零點漂移的基礎(chǔ)上，采用較高勵磁頻率實現(xiàn)電磁流量計高動態(tài)響應(yīng)的特性，同時又有效地放大了信號，使低勵磁電流下的測量也具有較高的信噪比。
   3．2．3三次采樣消除零點漂移法陽1
   電容隔離信號處理法是對流量信號交流放大，直流隔離零點漂移；反饋式信號處理法是對流量信號直流放大，反饋消除零點漂移；三次采樣消除零點漂移方法和反饋式信號處理法一樣，也是對流量信號直流放大，不同的是在如何消除零點漂移，其消除零點漂移方法的結(jié)構(gòu)框圖如圖3．4所示，圖3．5為處理后的流量信號示意圖。圖3-4三次采樣消除零點漂移方法結(jié)構(gòu)框圖圖3．5流量信號其處理方法在連續(xù)的正．負(fù)．正(或負(fù)．正．負(fù))勵磁下，以正．負(fù)．正勵磁為例， 連續(xù)對信號采樣三次，記為E(r。)、E(f州)、E(f棚)，并假設(shè)零點漂移速度是均勻的，那么流量信號的表達為： E=E(r。)／2-EO州)+E(r棚)／2 (3-2) 此種方法能有效地克服零點穩(wěn)定性與動態(tài)響應(yīng)性之間的矛盾。但此方法是建立在零點漂移速度是均勻的前提下的，如果漂移速度不均勻的話，那么此方法測量誤差就會比較大，尤其在零點漂移到值，再做反方向漂移的時候， 這時候的測量誤差會。不過總體來說，三次采樣消除零點漂移方法是一種很實用的電磁流量信號處理方法。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：