电磁流量计的信号处理方法探讨

　　1　电磁流量计信号处理问题

　　在现行的电磁流量计中,低频矩形波励磁方式(keyed d.c.field)成了主要的励磁形式.在理论上,它使工频干扰、励磁相位干扰、电极极化以及零点漂移等干扰有了可克服的途径[1].所谓低频矩形波励磁,是一种励磁周期为工频周期的整数倍且励磁过程为正负恒值周期交替的矩形波励磁.但随信号处理方法的不同,将使对应电磁流量计的静动态流量测量性能有所差异.理想的信号处理方法应保持电磁流量计基本原理上的纯线性和快速响应特性[2].

　　图1是电磁流量计的基本原理图.导电性流体在传感器工作磁场B(由励磁电流I产生的)作用下,使两测量电极a和b产生正比于流体流速V的感应电势eab.电磁流量计的理想测量方程可表示为[3]

　　其中,C为仪表常数,D为传感器的管道直径.

　　方程(1)表示电磁流量计产生的感应电动势eab与流体流速V呈线性关系,并且具有对流体流速变化的响应无延时的优点.

　　但在实际的电磁流量计中,电极a和b上叠加了一系列的干扰信号[4].一般得到的信号

　　式中,第二、第三项为磁场变化时产生的正交与同相干扰(若磁场不变时,此两项为零);e0为零点漂移干扰(实际电极两端内阻可达几兆欧量级,致使信号中积累起较大的零点漂移值);ec为共模干扰(若图1中的A是差分放大器,即可基本消除此项干扰);ed为电极间可能产生的极化电压干扰和工频进入的串模干扰(对于恒定磁场励磁时极化电压干扰将使信号完全饱和而无法反映eab的值).

　　图2中,磁场B是一种常用的低频矩形波励磁形式,电势信号e是对应励磁方式下的典型信号形式[4],信号e中的尖峰主要是由励磁正负变化时引入的干扰,而e0即是信号中的零点漂移干扰.显然,在t1和t2时刻附近,矩形波励磁磁场恒定不变,则信号中就没有式(2)的磁场正交与同相干扰,这就是低频矩形波励磁方式给电磁流量计的信号处理带来的一个优点.同时,由于低频矩形波励磁方法基本减弱了电极极化干扰,即式(2)中的ed主要是工频引入的串模干扰.若假设图1中的A是一个差分放大器,则在图2的t1或t2附近的信号为

　　从低频矩形波励磁方式下电磁流量计运行原理[1,2,4]可知,要实现对流体流速感应电势eab的准确测量,可利用以下基本关系.

　　a.若低频矩形波励磁周期是工频周期的整数倍,则eab可由式(1)的流体流速感应电势信号决定.b.在一个励磁周期下,图2中的t1和t2点为工频串模干扰的等效干扰点,于是在一个低频矩形波励磁周期下有对流体流速感应电势eab信号的一次基本算式