插入式電磁流量計的信號處理

一、信號處理問題

在上節介紹的幾種勵磁方式中，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點，又有避免交流勵磁存在電磁感應干擾引起正交干擾和同相干擾的優點，是兼顧直流勵磁和交流勵磁兩者優點的一種勵磁方式。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、靜電效應以及電化學反應等原因，電極輸出的電壓不僅僅是與流體流速成比例的感應電動勢，也包含了各種干擾成分在內。因此，必須在后續的信號放大處理部分予以消除。在實際的電磁流量計中，電極輸出信號的表達式如下式在交變勵磁的電磁流量計中，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鞋汁的豐要干擾，如果在測量時保持磁場不變化，則此兩項十擾為零。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。所以在對插入式電磁流量計電極輸出的信號進行處理時只需考慮式2—2中的％。項和％項。勵磁磁場和理想信號波形圖關系如圖2—5（左圖）。2-5理想信號和實際信號波形圖

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檢測控制生產中，此時，流量計周圍充滿自身產生的或其他工業設備輻射過來的工頻干擾信號，使得zui終的流量信號上將疊加工頻信號．具體信號波形如圖2-5（有圖）所示。

針對工頻干擾，選擇勵磁周期（信號周期）是工頻信號的整數倍，那么在每個周期信號中必有兩個點受到的工頻干擾近似（如圖2-5中的t2和t3點）。此時，兩點信號幅值相減可以消除工頻串模干擾。此時，流體流速的感應電動勢基本算

式如下

在確定勵磁周期為工頻周期的整數倍后，插入式電磁流量計的信號處理將需要解決以下兩個方面：

*，現代智能化儀表都追求高動態響應速度，這就需要勵磁周期必須足夠

小（zui小為工頻周期）。但是過高的勵磁頻率將使零點漂移不穩定，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速度和信號穩定性方法之間綜合考慮。

第二，在實際的流量信號中，％（微伏級）和eo（zui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由以下幾種：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時間過長，無法用在需要快速反應的環境中，而三次采樣法則由于是建立在零點漂移是均勻的假設上的。所以，這三種方法在需要高精度，高響應速度的環境中可能會無法很好的滿足要求，需要另外設計一種信號處理方法上海大學教授結合早期反饋是信號處理方法和零點漂移反饋法的各自優點，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信號的相對基線值，經放大器放大后直接送入基線調節器與期望基線值進行比較，實現以基線為標準的平移控制。放大后的信號

經過兩個采樣保持器的操作輸入到差分減法器實現高精度減法，zui終獲得的流量信號。基線控制法能在消除零點漂移的基礎上，采用較高勵磁頻率實現電磁流量計高動態響應的特性，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