電磁流量計極化處理方法

電磁流量計極化處理方法
   傳統的線圈勵磁的電磁流量計的信號放大處理部分，在國內外都有相關和論文，內容涉及工頻同步信號的提取、動態調零方法、數據的采集與處理技術等【34。361。由3．1．2節可知，電極埋在電解質的液體中將發生正負離子的定向移動，在電極與流體介質間會形成一定的電場，這就是平常所說的極化現象。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信號，成為影響儀表測量精度的一個重要因數。在傳統的線圈勵磁的電磁流量計中，極化電壓主要表現為信號的零點漂移，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，實現對感應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，電極上的信號經過電容耦合來隔離零點漂移干擾，然后經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)。信號處理環節通常只有一個前向通道。但電容隔離法使信號產生畸變，不能*消除零點漂移，而且會減慢動態響應速度。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的濾波，這導致其信號響應時間將遠遠大于勵磁周期。當然，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計思路是除前向通道外，在信號處理環節中加入信號反饋通道構成閉環系統，實現對流量信號的負反饋補償，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的【421。早期的反饋式信號處理技術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。由于設計方法的缺陷，這些反饋式信號處理方法在放大信號、動態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。這種反饋補償的方法能實現在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定性和較大的量程動態范圍。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消除。在流量穩定的情況下，零點漂移反饋法可使用最小勵磁周期(工頻周期的1倍)，并能在動態消除零點漂移的情況下有效地放大感應電勢信號。但當流速變化時，零點漂移反饋經多個勵磁周期才能達到應有的響應值，其對信號的動態響應時間一般至少是對應勵磁周期的3倍。
   零點漂移反饋法的另一個缺陷在于當外界干擾或零點漂移過大，使運放輸出電壓飽和，則會出現反饋信號為零，無法消除零點漂移的情況。1999年，上海大學李斌教授結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(或正)恒定勵磁段下的某個信號值作為信號的相對基線值，經放大器放大后直接送入基線調節器與期望基線值進行比較，實現以基線為標準的平移控制。放大后的信號經過兩個采樣保持器的操作輸入到差分減法器實現高精度減法，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時間并能使信號放大倍數達到104數量級以上。可見，基線控制法能在消除零點漂移的基礎上，采用較高勵磁頻率實現電磁流量計高動態響應的特性，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構框圖如圖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構框圖圖3．5流量信號其處理方法在連續的正．負．正(或負．正．負)勵磁下，以正．負．正勵磁為例， 連續對信號采樣三次，記為E(r。)、E(f州)、E(f棚)，并假設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定性與動態響應性之間的矛盾。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生產電磁流量計、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、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、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、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多信息請訪問開封中儀網站：