电磁流量计极化处理方法电磁流量计极化处理方法
传统的线圈励磁的电磁流量计的信号放大处理部分，在国内外都有相关和论文，内容涉及工频同步信号的提取、动态调零方法、数据的采集与处理技术等【34。361。由3．1．2节可知，电极埋在电解质的液体中将发生正负离子的定向移动，在电极与流体介质间会形成一定的电场，这就是平常所说的极化现象。极化电压是漂移的直流电压，过大的极化电压直接进入差动放大器往往把放大器阻塞，导致流量信号不能放大。即使能放大，由于迭加的共模电压是漂移变动的，因此流量信号的输出摆动也很大。这样说来，如何在降低极化电压的同时，有效的放大流量感应信号，成为影响仪表测量精度的一个重要因数。在传统的线圈励磁的电磁流量计中，极化电压主要表现为信号的零点漂移，典型的消除零点漂移的方法有电容隔离法、反馈式信号处理方法和三次采样消除零点漂移法[37-391箜可o
3．2．1电容隔离法
电容隔离法是将零点漂移近似作为直流信号的一种处理方法，即通过电容耦合隔离直流漂移干扰，实现对感应流量信号有效的放大。如图3．3是典型的电容隔离法的框图。图3．3电容隔离法
在图3．3中，电极上的信号经过电容耦合来隔离零点漂移干扰，然后经过差分放大消去共模干扰，两个采样保持器分别在f。、吒+。时刻保持信号，得流量信号为e(f。)一e(r州)。信号处理环节通常只有一个前向通道。但电容隔离法使信号产生畸变，不能*消除零点漂移，而且会减慢动态响应速度。而励磁周期较小时又会使零点漂移不能接近于直流分量。因此，实际的电容隔离法一般只用于励磁周期在8倍以上工频周期情况，为了保证具有稳定的流量测量值，通常电容隔离法还要对信号处理输出进行较大时间常数的滤波，这导致其信号响应时间将远远大于励磁周期。当然，在一些流体流速变化不是很大的场合，电容隔离法是一种实用的信号处理方法【381。
3．2．2反馈式信号处理方法
与电容隔离信号处理法不同，反馈式信号处理方法的设计思路是除前向通道外，在信号处理环节中加入信号反馈通道构成闭环系统，实现对流量信号的负反馈补偿，以消除零点漂移、泥浆噪声等各种干扰的影响。近十年来，人们不断地设计出反馈信号处理方法的电磁流量计。例如， cushing给出了一种利用信号反馈方式消除工频干扰和励磁磁场不稳定带来的干扰m1：mochizuki在每隔半个励磁利用积分电路进行一次信号反馈把零点漂移和干扰噪声抑制到零点附近【4l】；maechewka通过判断采样信号大小进行信号反馈，如采样信号超过给定的阀值范围，则说明存在干扰需要信号反馈，其信号反馈是通过分压电路和采样保持电路来实现的【421。早期的反馈式信号处理技术显著的特点是反馈信号从信号放大输出端直接取得、按励磁频率或在特定的条件下进行信号反馈。由于设计方法的缺陷，这些反馈式信号处理方法在放大信号、动态消除零点漂移及其它干扰等方面的效果并不明显，不能从根本上提高电磁流量计整体性能。国内提出过一种反馈式信号处理方法【371，其原理是通过对零点漂移的动态辨识，判断出是零点漂移还是流体流速的变化，再将辨识出的零点漂移值反馈回前极的放大器中，使放大器再消除零点漂移后对信号进行高增益放大。这种反馈补偿的方法能实现在64毫安的小励磁电流、50hz励磁频率的条件下，使信号在高增益下具有良好的稳定性和较大的量程动态范围。1988年tiley提出了另一种反馈式信号处理方法【36】：零点漂移反馈法。该方法的特点是通过两个采样保持器输出端上两个电阻的中点电压来获取零点漂移值，反馈回放大器输入端对流量信号进行补偿。文献[34】分析指出，在低频矩形波励磁下，通过反馈电路，反馈信号对放大后的流量信号中的零点漂移信号进行动态消除。在流量稳定的情况下，零点漂移反馈法可使用最小励磁周期(工频周期的1倍)，并能在动态消除零点漂移的情况下有效地放大感应电势信号。但当流速变化时，零点漂移反馈经多个励磁周期才能达到应有的响应值，其对信号的动态响应时间一般至少是对应励磁周期的3倍。
零点漂移反馈法的另一个缺陷在于当外界干扰或零点漂移过大，使运放输出电压饱和，则会出现反馈信号为零，无法消除零点漂移的情况。1999年，上海大学李斌教授结合了早期反馈式信号处理方法和零点漂移反馈法的各自优点，提出了一种基线控制的反馈式信号处理方法【34’3引。基线控制信号处理法将矩形负(或正)恒定励磁段下的某个信号值作为信号的相对基线值，经放大器放大后直接送入基线调节器与期望基线值进行比较，实现以基线为标准的平移控制。放大后的信号经过两个采样保持器的操作输入到差分减法器实现高精度减法，最终获得精确的流量信号。在低频矩形波励磁周期为工频周期的1倍的条件下，采用基线控制法使电磁流量计具有1．5个励磁周期的快速信号响应时间并能使信号放大倍数达到104数量级以上。可见，基线控制法能在消除零点漂移的基础上，采用较高励磁频率实现电磁流量计高动态响应的特性，同时又有效地放大了信号，使低励磁电流下的测量也具有较高的信噪比。
3．2．3三次采样消除零点漂移法阳1
电容隔离信号处理法是对流量信号交流放大，直流隔离零点漂移；反馈式信号处理法是对流量信号直流放大，反馈消除零点漂移；三次采样消除零点漂移方法和反馈式信号处理法一样，也是对流量信号直流放大，不同的是在如何消除零点漂移，其消除零点漂移方法的结构框图如图3．4所示，图3．5为处理后的流量信号示意图。图3-4三次采样消除零点漂移方法结构框图图3．5流量信号其处理方法在连续的正．负．正(或负．正．负)励磁下，以正．负．正励磁为例， 连续对信号采样三次，记为e(r。)、e(f州)、e(f棚)，并假设零点漂移速度是均匀的，那么流量信号的表达为： e=e(r。)／2-eo州)+e(r棚)／2 (3-2) 此种方法能有效地克服零点稳定性与动态响应性之间的矛盾。但此方法是建立在零点漂移速度是均匀的前提下的，如果漂移速度不均匀的话，那么此方法测量误差就会比较大，尤其在零点漂移到值，再做反方向漂移的时候， 这时候的测量误差会。不过总体来说，三次采样消除零点漂移方法是一种很实用的电磁流量信号处理方法。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多信息请访问开封中仪网站：