電磁流量(liàng)計工作原(yuán)理 基于法(fǎ)拉第電磁(cí)感應定律(lǜ),通過測量(liàng)導電流體(ti)在✂️磁🐅場中(zhōng)的感應電(diàn)動勢來推(tuī)算流體流(liú)量。勵磁磁(ci)場、感應電(dian)動勢采集(ji)電極、信🔞号(hào)運算放大(da)電路以及(jí)模數轉換(huan)器都容易(yì)受到🌐工作(zuò)現📐場的電(diàn)場和磁場(chǎng)輻射耦合(he),因此電磁(ci)耦合是流(liú)量測量中(zhong)最主要的(de)幹擾方式(shì); 其次被測(ce)液體的電(diàn)化學反應(yīng)和泥漿幹(gan)擾🏃‍♀️是流量(liàng)測量的另(lìng)一噪聲來(lai)源。
1. 1 微分幹(gan)擾産生機(jī)理及對策(ce) 電磁流量(liàng)計中噪聲(shēng)的産👄生機(jī)🤟理及對策(cè)
    在現行的(de) 電磁流量(liang)計 設計中(zhong),低頻矩形(xing)波勵磁方(fāng)式結合了(le)直流勵磁(ci)和交流勵(li)磁✨兩者的(de)優點, 成爲(wèi)主要勵磁(ci)方式之一(yi)。在低頻勵(li)磁方式下(xia), 其🐆幹擾🚶‍♀️主(zhǔ)要表現爲(wèi): 由勵磁電(diàn)流突變産(chan)生的微分(fen)幹擾信号(hào)[ 1] 。理🐕想勵磁(ci)磁場信号(hao)爲低頻矩(ju)形波, 實際(jì)上随着勵(lì)磁電流變(bian)化 ( dI /dt)在磁場(chang)上産生微(wēi)分幹擾信(xìn)号, 随着電(diàn)流的穩定(dìng), 幹擾信号(hào)随之消失(shī), 因此同🌈步(bù)采樣技術(shu)可以有效(xiào)抑制微🛀🏻分(fen)幹擾信号(hào)。實🐕際設計(jì)中, 模數轉(zhuǎn)化器使用(yong) AD 公司的 24位(wei) Sigma Delta模數轉化(hua)器 AD7714。 AD7714 可以分(fèn)别采用硬(yìng)件和軟件(jian)方式進行(hang)采樣開始(shi)時㊙️間控制(zhì), 從而實現(xiàn)同步采樣(yang)。采用軟件(jiàn)方👄式時, 當(dāng)控制寄存(cún)器中FSYNC位🛀爲(wèi)邏輯 1時, 模(mó)數轉換器(qì)處于複位(wèi)狀态; 向該(gāi)位寫邏輯(ji) 0時, 器件開(kāi)始采樣輸(shu)入信号。在(zài)應用中,低(dī)頻勵磁信(xin)号💃🏻由 M SP430單片(pian)機内部定(ding)時器産生(shēng), 同時産生(sheng)采樣信号(hao)。如圖 1所示(shì), 采樣開始(shǐ)時👉間滞後(hou)勵磁信号(hào)14 個周期。
1. 2 工(gong)頻串模幹(gàn)擾産生機(ji)理及對策(ce)
    在電磁流(liú)量計的工(gong)作現場存(cún)在大量工(gong)頻信号, 疊(die)加在勵🙇‍♀️磁(cí)回路、 電極(jí)、 前端放大(dà)器的工頻(pin)幹擾噪聲(shēng)對流量的(de)🆚準确測量(liàng)🈲造成極大(dà)影響。其中(zhōng)輻射耦合(hé)⛱️到勵磁回(hui)路的工頻(pín)輻射磁場(chang) (包括其諧(xié)波 )造成勵(li)磁磁場波(bo)動,影響流(liu)量測量。

    當(dang)流體流速(su)較小時, 工(gōng)頻幹擾信(xin)号與有效(xiao)流量信号(hao)在同一數(shù)量級, 嚴重(zhong)影響測量(liang)結果。已知(zhi)工頻耦合(hé)噪聲基波(bo)頻率爲 50 Hz , 因(yīn)此可以采(cai)用模拟或(huò)數字濾波(bō)器使濾波(bō)器帶寬限(xian)制在 50 Hz以内(nèi)以抑制噪(zao)聲。在實際(jì)應用中使(shǐ)用 Sigma Delta模數轉(zhuǎn)換器 AD7714内部(bu)包含的數(shù)字濾波模(mó)塊, 數字濾(lǜ)波器相對(duì)模拟濾波(bo)器除具有(yǒu)靈活性高(gāo)、參數設置(zhi)🏒方便等特(te)點之外,還(hái)可以降低(dī) A /D 轉換期♍間(jiān)引入的噪(zào)聲。AD7714數字濾(lü)波器爲 ( sinx /x )3低(di)通濾波器(qi), 其在頻域(yu)🐇的傳遞函(hán)數爲:

式中(zhong): fs爲采樣頻(pín)率; AD7714采樣頻(pín)率爲 1912 kHz ; N爲濾(lü)波采樣個(gè)數; f 爲數字(zì)濾波器🈲響(xiang)應頻率。通(tōng)過設定濾(lü)波采樣個(ge)數可以改(gǎi)變數字濾(lü)💁波器的截(jié)止頻率和(he)一次陷波(bo)頻率。在本(ben)設計中綜(zong)合考慮模(mó)數轉♌換速(su)度🔴和去除(chu)噪聲性能(néng), 設置 N 值使(shǐ)濾波器截(jié)止頻率爲(wei) 50 Hz, 濾波器頻(pin)域響應如(rú)圖 2所示, 濾(lü)波器對工(gōng)🈚頻 50 Hz及其偶(ou)次🔅諧波有(you)很好的抑(yi)制作用。

    除(chu)使用數字(zì)濾波器外(wài), 在 A /D輸入端(duan)設置 RC模拟(nǐ)低通濾👣波(bo)器還可以(yi)帶來其他(tā)作用。在實(shi)際測量觀(guan)察到的流(liú)量信号中(zhong)存📞在尖脈(mò)沖噪聲, 可(ke)能使模數(shu)轉換器飽(bao)和, 導緻數(shu)字濾波器(qì)失效, 使🤟用(yong)模拟濾波(bo)器可以提(ti)前剔除💜這(zhe)些信号。
1. 3 共(gòng)模幹擾、 串(chuan)擾産生機(jī)理及對策(cè)
    共模幹擾(rao)的産生主(zhu)要是由于(yú)電磁屏蔽(bi)缺陷、接地(di)不良、雜♌散(san)電☔容等引(yin)起返回電(diàn)流不平衡(héng)。共模幹擾(rǎo)🔴可能導緻(zhi)電路🌈某些(xiē)參考電位(wèi)變化, 是造(zao)成電磁流(liu)㊙️量計零❓點(diǎn)漂移🔴的原(yuan)因🌍之一; 同(tong)時共模信(xin)号産生很(hen)高的輻射(she)電場使電(diàn)路的電磁(ci)兼容性惡(e)化。串擾是(shi)由于印刷(shuā)電路闆設(she)計電磁兼(jiān)容性考慮(lü)不足造成(chéng)信号質量(liàng)下降, 特别(bie)是高速走(zou)線和模拟(ni)電路易受(shou)到影響。對(duì)由共模🏃‍♀️幹(gàn)擾信号導(dǎo)緻的參考(kǎo)電位變化(hua), 應用中流(liu)量電壓采(cǎi)用差分形(xing)式, 通過雙(shuang)絞線送入(ru)放大器, 前(qián)端放大器(qì)選用高共(gòng)模抑制比(bǐ)、 低漂移、 高(gāo)✔️輸入阻抗(kang)的運放, 可(kě)以有效抑(yì)制共模幹(gan)擾。
    此外, 電(dian)磁流量計(jì)電路闆設(shè)計符合電(diàn)磁兼容性(xing)要求降💚低(di)串擾對信(xìn)号的影響(xiǎng): 使用滿足(zu)功能要求(qiú)的速率盡(jin)可能低的(de)邏輯器件(jiàn)。選用在邏(luo)輯狀态變(biàn)換過程中(zhōng)輸入電流(liú)消耗更小(xiao)的元件。盡(jin)可能選擇(ze)表面封裝(zhuang)的元器件(jian)。合理安排(pái)元件布局(ju), 模拟與數(shù)字部分隔(ge)離,防止數(shu)字信号影(ying)響模拟信(xin)号。适當配(pèi)置去耦電(diàn)容, 選擇合(hé)适的電容(rong)容量, 去耦(ou)電容盡🔞量(liàng)靠近元器(qì)件♻️。對于敏(min)感信号回(hui)路, 如時鍾(zhong)信号、模拟(nǐ)輸入⚽信号(hao)嚴格控制(zhi)回路面積(ji)。鋪設地平(píng)面提供低(dī)阻抗信号(hào)回路, 加強(qiang)屏蔽⭐效果(guo)。
1. 4 其他幹擾(rǎo)對策
    電化(hua)學極化電(diàn)動勢幹擾(rao)是被測液(ye)體中電解(jie)質在🔴感應(ying)電場作用(yong)下在電極(jí)表面極化(hua)産生的, 是(shì)電磁流量(liàng)計零點漂(piao)移的主要(yao)原因之一(yī)。采用交流(liu)勵磁方式(shi)可以有效(xiao)地減小極(jí)化電動勢(shì), 此外在應(yīng)用中微處(chu)理器運算(suan)時将兩次(cì)流量電壓(yā)采樣值相(xiang)減, 這樣不(bu)但可以減(jiǎn)小極化電(dian)動勢, 而且(qie)可以補償(chang)由共♌模幹(gàn)擾帶來的(de)零點漂移(yi)。
    泥漿幹擾(rǎo)是在測量(liàng)泥漿、纖維(wéi)漿等固液(ye)兩相特性(xing)液㊙️體時, 固(gu)體顆粒或(huo)者氣泡與(yǔ)電極發生(sheng)摩擦, 在電(diàn)👣極表面的(de)電化學電(diàn)動勢突然(ran)變化, 電磁(ci)流量計傳(chuán)感器 輸出(chū)信号輸出(chu)尖峰脈沖(chòng)狀幹擾。在(zài)低頻勵磁(cí)情況👨‍❤️‍👨下, 泥(ní)漿幹擾産(chan)生的尖脈(mo)沖數量級(ji)大, 極大地(di)影響✌️流量(liàng)的準确測(ce)量,在實際(jì)設計中,采(cai)用多種信(xin)号處👌理混(hùn)合方式抑(yì)制噪聲,信(xin)号處理原(yuan)理如圖 3所(suo)示。

    流量計(jì) 正常運行(háng)時,尖峰脈(mò)沖噪聲出(chū)現的概率(lǜ)小,被測液(yè)體流速不(bu)會在短時(shi)間内變化(hua),基于以上(shang)特性,對流(liú)量信号進(jin)👣行限🧑🏾‍🤝‍🧑🏼幅濾(lü)波處理: 當(dang)前輸入信(xìn)号相對上(shang)周期輸入(rù)信号超出(chū)噪聲容限(xiàn)範圍, 該信(xin)号被認爲(wei)是噪聲信(xìn)号,不再進(jin)一步計算(suan)✂️。滑動平均(jun1)濾波是處(chu)✍️理流量信(xìn)号經常采(cǎi)用的信号(hào)處理辦法(fa),可以有效(xiào)降低采樣(yang)誤差; 滑動(dong)平均濾波(bo)‼️函數的脈(mo)沖響應時(shí)間是受滑(huá)動窗口數(shu)控制的, 如(ru)果能動态(tài)調整窗口(kou)👉數目,那麽(me)響應速度(dù)就會大大(dà)提高;在應(yīng)用中使用(yòng)改進的滑(huá)🌈動平均濾(lǜ)波函數,通(tong)過響應時(shi)間控制器(qì)㊙️控制滑動(dong)窗口數,當(dang)響應時間(jiān)超過設定(ding)值時,将窗(chuang)口數設置(zhì)爲1,使輸出(chū)信号迅速(su)變化,獲得(de)較好的動(dòng)态性💛能。

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