電磁流量計輸入輸出數據處理方法分析

電磁流量計輸入輸出數據處理方法分析
   由于流量儀表采集到的數據與實際流量值間只有線性的對應關系，它們的單位并不相同，流量儀表不能將采集到的數據直接作瞬時流量數據使用，必須對其進行必要的轉化。此模塊就是用來將采集到的數據轉化為流量數據，其流程如圖2．8所示。由于外界隨機干擾的影響，系統采集到的數據有時也會隨機偏離實際的流量值。為了得到準確的數據，系統對數據進行處理前采用了數字濾波來濾除干擾的影響。此外，為了消除測量信號與實際流量值間非線性誤差的影響，我們對采集到的數據實施了非線性補償。圖2．8流量轉化流程圖
   1．小信號切除處理
   在流量計的實際計量過程中，往往存在以下現象：在無流速時，外界振動等信號容易作用于傳感器，引入“誤流量”信號，這種信號低于儀表的計量下限，但也被累積。而在流體正常流過時，這種弱信號被淹沒，并不影響計量。為了避免“誤流量"信號的出現，我們在低于下限范圍內設置“切除信號’’。當測量信號低于該信號時，認為是“誤流量"信號，瞬時流量應當零處理，累積流量不累積；當引入信號高于該信號時，才被認為是正常流量信號。圖2．8中有一部分小信號切除子流程圖，取一個接近零的常數K，當流速的值小于K值時，把它當作零處理；反之，取當前流速的值。也即流速的下限值就是K。
   2．濾波處理
   數字濾波實際上是一種程序濾波。它通過一定的計算程序，減少干擾在有用信號中的比重。與常規的硬件模擬濾波器相比，有以下幾個優點：
  (1)因為用程序濾波，無需硬件設備，且可多通道共享一個濾波器；
  (2)由于不用硬件設備，各回路間不存在阻抗匹配等問題，故可靠性高， 穩定性好；
  (3)可以對頻率很低的信號濾波，克服了模擬信號濾波的缺陷。且可根據需要選擇不同的濾波方式，或改變濾波器的參數。因此數字濾波得到了廣泛利用。
   數字濾波主要有以下幾種方法：
  (1)程序判斷濾波
   當采樣信號由于隨機干擾、誤檢測或變送器不穩定引起嚴重失真時，可采用程序判斷濾波。程序判斷濾波是根據生產經驗，確定出兩次連續采樣輸入信號可能出現的偏差，若超過此偏差值，認為是虛假的干擾信號應該去掉， 否則保留該采樣值。基本程序是比較判斷，其中還可分為限幅和限速兩種方法。
   (2)中值濾波
   中值濾波是對連續采樣輸入的三個信號進行比較后取中間值。設三次采樣輸入分別為Yl，Y2，Y，，若Y。-．g Y2<Y3，則取Y2為本次采樣有效信號。中值濾波對偶然因素引起的脈沖性干擾十分有效。對緩慢變化的過程參數采用此法有良好的效果，但不宜用于快速變化的過程參數。
   (3)算術平均值濾波算術平均值濾波是尋找一個Y值，使該值與各采樣值間的誤差的平方和為最小，即廣N ] 廣N ] E=minlΣe：I=minIΣ(y-Xk)2 l IK=l J IK=l j 由一元函數求極值的原理可以求得y=準xt] 式中x。為第k次采樣值，為采樣次數；y為N次采樣的算術平均值。顯然，N 越大，結果越準確，但計算時間也越長。算術平均值濾波將N次采樣值同等對待，這就削弱了當前采樣值在程序中的比重，有時為了提高濾波效果，將各次采樣值取不同的比例系數，然后再相加， 這種方法又常被稱為加權平均濾波，其運算表達式為縣Y 2己CiXi 式中c；為比例系數，它應該滿足Σc；=1，一般情況下，采樣次數越靠后， c；取的比例越大，這樣可提高新近采樣平均值中的比重。
   (4)一階慣性濾波程序
   無源濾波器RC電路是模擬量輸入通道常用的濾波方法，但對于低頻干擾卻因為RC參數難以實現，往往不能取得良好的效果。而一階慣性濾波是一種以數字形式實現低通濾波的動態濾波法。在濾波時間常數要求較大的場合，這種方法尤為實用。己知RC低通濾波器的濾波常數為G(s)=Y(s)／x(S)=1／(TF+1) 其中，L=RC為低通濾波器的時間常數。將上式離散后可得Yk 2【1一口．))，k—l+口xk 這就是一階慣性濾波的數字表達式。Yk，Y¨分別為第k次及k一1次采樣濾波后濾波器輸出值，濾波系數口=1一e一咖，T為采樣周期，當T遠小于TF時， 口=T／TF。在程序濾波時，可通過實驗選擇適當的L值，直到被檢測的信號不產生明顯的紋波為止。通過對上面幾種數字濾波方法的分析和探討，我們發現平均值濾波方法適用于對流量信號的平滑處理。流量信號總是在某一數值范圍內上下波動，有一個平均值存在，采樣一點是不準確的，平滑程度取決于N，隨著N增大，平滑度提高，但響應速度降低。
   為了進一步提高濾波效果，我們采用一種新的濾波方法，即將中值濾波法和平均值濾波法相結合，這種濾波方法稱為復合濾波。其設計思想是：連續采樣N次，把采樣值按順序排隊，去掉值和最小值后，把N．2次采樣求平均值。這樣既可以去掉脈沖性干擾，又可以慢隨機起伏信號濾掉。
   小結
   本章對智能電磁流量計的基本原理進行了介紹。通過對電磁流量計開發所涉及到的關鍵技術的分析、研究、比較和論證，確定了系統開發所采用的技術實施方案，為系統設計奠定了基礎。本章為電磁流量計系統設計工作的展開奠定了基礎。--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，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：