電磁流量計(jì)極化處理方法電磁流量計(jì)極化處理方法
傳統(tǒng)的線圈勵(lì)磁的電磁流量計(jì)的信號(hào)放大處理部分，在國(guó)內(nèi)外都有相關(guān)和論文，內(nèi)容涉及工頻同步信號(hào)的提取、動(dòng)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(dòng)，在電極與流體介質(zhì)間會(huì)形成一定的電場(chǎng)，這就是平常所說(shuō)的極化現(xiàn)象。極化電壓是漂移的直流電壓，過(guò)大的極化電壓直接進(jìn)入差動(dòng)放大器往往把放大器阻塞，導(dǎo)致流量信號(hào)不能放大。即使能放大，由于迭加的共模電壓是漂移變動(dòng)的，因此流量信號(hào)的輸出擺動(dòng)也很大。這樣說(shuō)來(lái)，如何在降低極化電壓的同時(shí)，有效的放大流量感應(yīng)信號(hào)，成為影響儀表測(cè)量精度的一個(gè)重要因數(shù)。在傳統(tǒng)的線圈勵(lì)磁的電磁流量計(jì)中，極化電壓主要表現(xiàn)為信號(hào)的零點(diǎn)漂移，典型的消除零點(diǎn)漂移的方法有電容隔離法、反饋式信號(hào)處理方法和三次采樣消除零點(diǎn)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(diǎn)漂移近似作為直流信號(hào)的一種處理方法，即通過(guò)電容耦合隔離直流漂移干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)流量信號(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)電容耦合來(lái)隔離零點(diǎn)漂移干擾，然后經(jīng)過(guò)差分放大消去共模干擾，兩個(gè)采樣保持器分別在f。、吒+。時(shí)刻保持信號(hào)，得流量信號(hào)為e(f。)一e(r州)。信號(hào)處理環(huán)節(jié)通常只有一個(gè)前向通道。但電容隔離法使信號(hào)產(chǎn)生畸變，不能*消除零點(diǎn)漂移，而且會(huì)減慢動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。而勵(lì)磁周期較小時(shí)又會(huì)使零點(diǎn)漂移不能接近于直流分量。因此，實(shí)際的電容隔離法一般只用于勵(lì)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(cè)量值，通常電容隔離法還要對(duì)信號(hào)處理輸出進(jìn)行較大時(shí)間常數(shù)的濾波，這導(dǎo)致其信號(hào)響應(yīng)時(shí)間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勵(lì)磁周期。當(dāng)然，在一些流體流速變化不是很大的場(chǎng)合，電容隔離法是一種實(shí)用的信號(hào)處理方法【381。
3．2．2反饋式信號(hào)處理方法
與電容隔離信號(hào)處理法不同，反饋式信號(hào)處理方法的設(shè)計(jì)思路是除前向通道外，在信號(hào)處理環(huán)節(jié)中加入信號(hào)反饋通道構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量信號(hào)的負(fù)反饋補(bǔ)償，以消除零點(diǎn)漂移、泥漿噪聲等各種干擾的影響。近十年來(lái)，人們不斷地設(shè)計(jì)出反饋信號(hào)處理方法的電磁流量計(jì)。例如， cushing給出了一種利用信號(hào)反饋方式消除工頻干擾和勵(lì)磁磁場(chǎng)不穩(wěn)定帶來(lái)的干擾m1：mochizuki在每隔半個(gè)勵(lì)磁利用積分電路進(jìn)行一次信號(hào)反饋把零點(diǎn)漂移和干擾噪聲抑制到零點(diǎn)附近【4l】；maechewka通過(guò)判斷采樣信號(hào)大小進(jìn)行信號(hào)反饋，如采樣信號(hào)超過(guò)給定的閥值范圍，則說(shuō)明存在干擾需要信號(hào)反饋，其信號(hào)反饋是通過(guò)分壓電路和采樣保持電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的【421。早期的反饋式信號(hào)處理技術(shù)顯著的特點(diǎn)是反饋信號(hào)從信號(hào)放大輸出端直接取得、按勵(lì)磁頻率或在特定的條件下進(jìn)行信號(hào)反饋。由于設(shè)計(jì)方法的缺陷，這些反饋式信號(hào)處理方法在放大信號(hào)、動(dòng)態(tài)消除零點(diǎn)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(jì)整體性能。國(guó)內(nèi)提出過(guò)一種反饋式信號(hào)處理方法【371，其原理是通過(guò)對(duì)零點(diǎn)漂移的動(dòng)態(tài)辨識(shí)，判斷出是零點(diǎn)漂移還是流體流速的變化，再將辨識(shí)出的零點(diǎn)漂移值反饋回前極的放大器中，使放大器再消除零點(diǎn)漂移后對(duì)信號(hào)進(jìn)行高增益放大。這種反饋補(bǔ)償?shù)姆椒軐?shí)現(xiàn)在64毫安的小勵(lì)磁電流、50hz勵(lì)磁頻率的條件下，使信號(hào)在高增益下具有良好的穩(wěn)定性和較大的量程動(dòng)態(tài)范圍。1988年tiley提出了另一種反饋式信號(hào)處理方法【36】：零點(diǎn)漂移反饋法。該方法的特點(diǎn)是通過(guò)兩個(gè)采樣保持器輸出端上兩個(gè)電阻的中點(diǎn)電壓來(lái)獲取零點(diǎn)漂移值，反饋回放大器輸入端對(duì)流量信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。文獻(xiàn)[34】分析指出，在低頻矩形波勵(lì)磁下，通過(guò)反饋電路，反饋信號(hào)對(duì)放大后的流量信號(hào)中的零點(diǎn)漂移信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)消除。在流量穩(wěn)定的情況下，零點(diǎn)漂移反饋法可使用最小勵(lì)磁周期(工頻周期的1倍)，并能在動(dòng)態(tài)消除零點(diǎn)漂移的情況下有效地放大感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。但當(dāng)流速變化時(shí)，零點(diǎn)漂移反饋經(jīng)多個(gè)勵(lì)磁周期才能達(dá)到應(yīng)有的響應(yīng)值，其對(duì)信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間一般至少是對(duì)應(yīng)勵(lì)磁周期的3倍。
零點(diǎn)漂移反饋法的另一個(gè)缺陷在于當(dāng)外界干擾或零點(diǎn)漂移過(guò)大，使運(yùn)放輸出電壓飽和，則會(huì)出現(xiàn)反饋信號(hào)為零，無(wú)法消除零點(diǎn)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(hào)處理方法和零點(diǎn)漂移反饋法的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，提出了一種基線控制的反饋式信號(hào)處理方法【34’3引?；€控制信號(hào)處理法將矩形負(fù)(或正)恒定勵(lì)磁段下的某個(gè)信號(hào)值作為信號(hào)的相對(duì)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(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)以基線為標(biāo)準(zhǔn)的平移控制。放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)采樣保持器的操作輸入到差分減法器實(shí)現(xiàn)高精度減法，最終獲得精確的流量信號(hào)。在低頻矩形波勵(lì)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(jì)具有1．5個(gè)勵(lì)磁周期的快速信號(hào)響應(yīng)時(shí)間并能使信號(hào)放大倍數(shù)達(dá)到104數(shù)量級(jí)以上?？梢?jiàn)，基線控制法能在消除零點(diǎn)漂移的基礎(chǔ)上，采用較高勵(lì)磁頻率實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性，同時(shí)又有效地放大了信號(hào)，使低勵(lì)磁電流下的測(cè)量也具有較高的信噪比。
3．2．3三次采樣消除零點(diǎn)漂移法陽(yáng)1
電容隔離信號(hào)處理法是對(duì)流量信號(hào)交流放大，直流隔離零點(diǎn)漂移；反饋式信號(hào)處理法是對(duì)流量信號(hào)直流放大，反饋消除零點(diǎn)漂移；三次采樣消除零點(diǎn)漂移方法和反饋式信號(hào)處理法一樣，也是對(duì)流量信號(hào)直流放大，不同的是在如何消除零點(diǎn)漂移，其消除零點(diǎn)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(hào)示意圖。圖3-4三次采樣消除零點(diǎn)漂移方法結(jié)構(gòu)框圖圖3．5流量信號(hào)其處理方法在連續(xù)的正．負(fù)．正(或負(fù)．正．負(fù))勵(lì)磁下，以正．負(fù)．正勵(lì)磁為例， 連續(xù)對(duì)信號(hào)采樣三次，記為e(r。)、e(f州)、e(f棚)，并假設(shè)零點(diǎn)漂移速度是均勻的，那么流量信號(hào)的表達(dá)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(diǎn)穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性之間的矛盾。但此方法是建立在零點(diǎn)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(cè)量誤差就會(huì)比較大，尤其在零點(diǎn)漂移到值，再做反方向漂移的時(shí)候， 這時(shí)候的測(cè)量誤差會(huì)。不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，三次采樣消除零點(diǎn)漂移方法是一種很實(shí)用的電磁流量信號(hào)處理方法。--擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、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(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：