行業(yè)動(dòng)態(tài)
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在現(xiàn)行的電磁流量計(jì)中,低頻矩形波勵(lì)磁方式(keyedd。c。field)成了主要的勵(lì)磁形式。在理論上,它使工頻干擾、勵(lì)磁相位干擾、電極極化以及零點(diǎn)漂移等干擾有了可克服的途徑。所謂低頻矩形波勵(lì)磁,是一種勵(lì)磁周期為工頻周期的整數(shù)倍且勵(lì)磁過程為正負(fù)恒值周期交替的矩形波勵(lì)磁。但隨信號(hào)處理方法的不同,將使對(duì)應(yīng)電磁流量計(jì)的靜動(dòng)態(tài)流量測量性能有所差異。理想的信號(hào)處理方法應(yīng)保持電磁流量計(jì)基本原理上的純線性和快速響應(yīng)特性。
圖1是電磁流量計(jì)的基本原理圖。導(dǎo)電性流體在傳感器工作磁場B(由勵(lì)磁電流I產(chǎn)生的)作用下,使兩測量電極a和b產(chǎn)生正比于流體流速V的感應(yīng)電勢eab。電磁流量計(jì)的理想測量方程可表示為：
eab=CBDV(1)
其中,C為儀表常數(shù),D為傳感器的管道直徑。方程(1)表示電磁流量計(jì)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢eab與流體流速V呈線性關(guān)系,并且具有對(duì)流體流速變化的響應(yīng)無延時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際的電磁流量計(jì)中,電極a和b上疊加了一系列的干擾信號(hào)。一般得到的信號(hào)
式中,第二、第三項(xiàng)為磁場變化時(shí)產(chǎn)生的正交與同相干擾(若磁場不變時(shí),此兩項(xiàng)為零);e0為零點(diǎn)漂移干擾(實(shí)際電極兩端內(nèi)阻可達(dá)幾兆歐量級(jí),致使信號(hào)中積累起較大的零點(diǎn)漂移值);ec為共模干擾(若圖1中的A是差分放大器,即可基本消除此項(xiàng)干擾);ed為電極間可能產(chǎn)生的極化電壓干擾和工頻進(jìn)入的串模干擾(對(duì)于恒定磁場勵(lì)磁時(shí)極化電壓干擾將使信號(hào)完全飽和無法反映eab的值)。圖2中,磁場B是一種常用的低頻矩形波勵(lì)磁形式,電勢信號(hào)e是對(duì)應(yīng)勵(lì)磁方式下的典型信號(hào)形式,信號(hào)e中的尖峰主要是由勵(lì)磁正負(fù)變化時(shí)引入的干擾,而e0即是信號(hào)中的零點(diǎn)漂移干擾。
顯然,在t1和t2時(shí)刻附近,矩形波勵(lì)磁磁場恒定不變,則信號(hào)中就沒有式(2)的磁場正交與同相干擾,這就是低頻矩形波勵(lì)磁方式給電磁流量計(jì)的信號(hào)處理帶來的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),由于低頻矩形波勵(lì)磁方法基本減弱了電極極化干擾,即式(2)中的ed主要是工頻引入的串模干擾。若假設(shè)圖1中的A是一個(gè)差分放大器,則在圖2的t1或t2附近的信號(hào)為
從低頻矩形波勵(lì)磁方式下電磁流量計(jì)運(yùn)行原理可知,要實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速感應(yīng)電勢eab的準(zhǔn)確測量,可利用以下基本關(guān)系.a.若低頻矩形波勵(lì)磁周期是工頻周期的整數(shù)倍,則eab可由式(1)的流體流速感應(yīng)電勢信號(hào)決定.b.在一個(gè)勵(lì)磁周期下,圖2中的t1和t2點(diǎn)為工頻串模干擾的等效干擾點(diǎn),于是在一個(gè)低頻矩形波勵(lì)磁周期下有對(duì)流體流速感應(yīng)電勢eab信號(hào)的一次基本算式：
式(4)給出了電磁流量計(jì)信號(hào)測量的基本算式.但若要高精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)地得出流體流速感應(yīng)電勢eab信號(hào)值,對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理方法將需要解決下列兩個(gè)問題。
第一,圖2的低頻矩形波勵(lì)磁周期實(shí)際已成為對(duì)流體流速V的基本采樣周期.如要提高電磁流量計(jì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,應(yīng)采用最小的低頻矩形波勵(lì)磁周期(即工頻周期的1倍);而采用較大的低頻矩形波勵(lì)磁周期時(shí),卻有利于減弱信號(hào)e的尖峰影響,并有利于減小零點(diǎn)漂移e0的累積以使信號(hào)零點(diǎn)較為穩(wěn)定.即存在對(duì)信號(hào)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與零點(diǎn)漂移穩(wěn)定性問題。
第二,實(shí)際的eab值一般(幾十微伏級(jí))小于信號(hào)中零點(diǎn)漂移e0最大值(達(dá)百毫伏級(jí)),約為e0×10的三次方,因此要保證高精度地實(shí)現(xiàn)基本算式(4),須通過信號(hào)處理手段使信號(hào)eab在數(shù)值上大于零點(diǎn)漂移e0.即存在既要基本消除零點(diǎn)漂移值e0,又要有效地放大感應(yīng)電勢信號(hào)eab的問題.對(duì)上述兩個(gè)問題的不同解決途徑將引出不同的信號(hào)處理方法.本文就如何有效地放大感應(yīng)電勢信號(hào)eab和提高信號(hào)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度兩個(gè)方面對(duì)信號(hào)處理方法進(jìn)行探討,并提出一種較理想的基線控制法信號(hào)處理方法。
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