电容式电磁流量计的去噪问题

　　0　引言

　　电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制作的流量计,在实际研发中会遇到许多噪声问题。图1列出其每个组成部分可能引入的噪声,这些噪声以不同的形式和方式进入测量系统,成为提高信噪比和测量精度的障碍。本文通过分析传感器前端遇到的噪声的产生机制得出对应的解决方案。

　　1　噪声原理及解决方案

　　1.1　传感器(电极+转换器)

　　该部分中流动的信号是未经放大处理的微弱流量信号,也就最容易受到外部因素的干扰,由图1可知它引入的噪声种类最多,在此对这些噪声进行分析并提出相应的解决方案。

　　在提出噪声及其解决方案之前先对流量信号本身进行讨论,在信号处理中尽可能地提高信噪比是处理的主要目标,但由于励磁功率等因素的限制,在电极处获得的流量信号幅值有限并且十分微弱,而在研制电磁流量计中我们使用了电容式电极(其原因在后面将有论述),此电极的输出阻抗RC1很高,为10⁶Ω数量级,如管内被测流体为导电率极低的酒精等,则内阻R0可能达到10⁸Ω数量级,进入转换器的电压值为,为使流量信号能够基本不失真地进入信号处理板中,这就要求转换器应具有极高的输入阻抗Zi。我们采用了输入阻抗数量级为10¹⁰Ω的自举电路作为转换器,其等效原理图如图2所示。

　　图2中,C1是电极的等效电容;RC1为其阻抗;Vi为流量信号电动势;R0为管内流体内阻。显然,信号失真小于1%,很大程度上保证了流量信号的完整性。

　　1.1.1　杂散噪声

　　以往的电磁流量计的电极部分是以金属导体的形式与被测液体产生接触的,被测流体流动时与电极部分产生碰撞形成不规则的杂散噪声。使用电容式电磁流量计,电极部分不与被测流体直接接触而是透过管壁与流体的感应电动势产生感应。

　　如图3中所示,使用导电片为电极附着在测量管道外形成电容式电极,进而管道内表面无任何其他物质,被测流体在管体内畅通无阻,没有杂散噪声产生。

　　1.1.2　正交/同相干扰

　　又称为微分干扰,是变化的励磁磁场通过被测流体、传感器、转换器和信号放大器组成的回路产生感应电动势,此现象被称为“变压器效应”,其电动势可表示为:

　　式中:E为次级电动势;B为磁场强度。

　　为减小正交干扰的幅值需要在制作工艺上下功夫,使图3中D-A-B-C形成的回路平面尽量同励磁磁场平行,进而最大程度的消除正交干扰。因为正交干扰与同相干扰是不随流量而变化的,也可用初值相减的方法去除。

　　1.1.3　励磁电场干扰