淺談電磁流量計的信號處理問題

電磁流量計測量原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，傳感器主要組成部分是：測量管、電極、勵磁線圈、鐵芯與磁軛殼體。它主要用于測量封閉管道中的導(dǎo)電液體和漿液中的體積流量。

一、電磁流量計信號處理存在的問題

   了解電磁流量計的人都知道，低頻矩形勵磁具有能夠克服直流勵磁存在極化電壓大的優(yōu)點，又有避免交流勵磁存在電磁感應(yīng)干擾引起正交干擾和同相干擾的優(yōu)點，是兼顧直流勵磁和交流勵磁兩者優(yōu)點的一種勵磁方式。在理論上，它使工頻干擾、勵磁相位干擾、電極極化以及零點漂移等干擾有了可克服的途徑。但在實際中，由于電磁感應(yīng)、靜電效應(yīng)以及電化學(xué)反應(yīng)等原因，電極輸出的電壓不僅僅是與流體流速成比例的感應(yīng)電動勢，也包含了各種干擾成分在內(nèi)。因此，必須在后續(xù)的信號放大處理部分予以消除。
   在實際的電磁流量計運行中，正交干擾和同相干擾是由于勵磁磁場的突變引起的，是交變勵磁的電磁流量計的必要干擾，如果在測量時保持磁場不變化，則此兩項干擾為零。共模干擾和串模干擾主要是由于電磁流量計附近的電磁干擾和靜電干擾產(chǎn)生的，可以通過電磁屏蔽和良好的接地加以抑制，并通過后接一個具有高分貝共模抑制比(CMRR)的差分放大器予以基奉消除。

   另外，電磁流量計是用來測量各類流體的儀表．必然將被使用在工業(yè)檢測控制生產(chǎn)中，此時，流量計周圍充滿自身產(chǎn)生的或其他工業(yè)設(shè)備輻射過來的工頻干擾信號，使得最終的流量信號上將疊加工頻信號。
   針對工頻干擾，選擇勵磁周期(信號周期)是工頻信號的整數(shù)倍，那么在每個周期信號中必有兩個點受到的工頻干擾近似。此時，兩點信號幅值相減可以消除工頻串模干擾。在確定勵磁周期為工頻周期的整數(shù)倍后，插入式電磁流量計的信號處理將需要解決以下兩個方面：

1. 現(xiàn)代智能化儀表都追求高動態(tài)響應(yīng)速度，這就需要勵磁周期必須足夠小(最小為工頻周期)。但是過高的勵磁頻率將使零點漂移不穩(wěn)定，加大了對信號處理的難度。所以在電磁流量計的信號處理中必須在響應(yīng)速度和信號穩(wěn)定性方法之間綜合考慮。
2. 在實際的流量信號中，微伏級和eo(最大達到幾百毫伏)相差很大，差不多將近千倍以上。此時如果用放大器直接對信號進行放大計算，則由于％的存在而使放大器輸出飽和，無法精確測得值。所以在信號處理中必須在盡量消除eo的影響的前提下有效的放大值。

二、基線控制的反饋式信號處理方法

   目前，電磁流量計的信號處理方法一般包括電容隔離法、零點漂移反饋法和三次采樣法。但是，電容隔離法由于在處理過程中信號會失真，無法使用在高精度測量場合。零點漂移反饋法的響應(yīng)時間過長，無法用在需要快速反應(yīng)的環(huán)境中，而三次采樣法則由于是建立在零點漂移是均勻的假設(shè)上的。所以，這三種方法在需要高精度，高響應(yīng)速度的環(huán)境中可能會無法很好的滿足要求，需要另外設(shè)計一種信號處理方法。
   上海大學(xué)教授結(jié)合早期反饋是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。提出將矩形負(或正)恒定勵磁段下的某個信號值作為后續(xù)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)以基線為標準的平移控制。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。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。

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