电磁流量计中降噪方式的分析1引言
电磁流量计是上世纪60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。它是根据法拉第电磁感应定律制成，用来测量导电流体的体积流量。由于其*的优点，目前已被广泛地应用于工业上各种导电液体的测量。例如：测量各种酸、碱、盐等腐蚀性液体；各种易燃、易爆、有毒介质；各种工业污水、纸浆、泥浆等。1.1电磁流量计的工作原理根据法拉第电磁感应定律，导电液体在磁场内流动将产生感应电动势。导电流体流过传感器工作磁场时，在测量管壁与流动方向和磁场方向相互垂直方向的一对电极间，产生与体积流量成比例的电动势。流量的大小可表示如下：jide t, e t, jid/■-,、、式中e—―感应信号电势，v;k——常数；b——磁感应强度，td——测量管内径，rm
v——测量管内电极断面轴线方向平均流速，m/s。1.2电磁流量计测量的基本条件
需要说明的是，要使（1)式严格成立，必须使测量条件满足下列假设：
磁场是均匀分布的恒定磁场；
被测流体的流速轴对称分布；
被测流体是非磁性的；
@被测流体的导电率均匀且各向同性。1.3电磁流量计的组成部分
从整体结构而言，电磁流量计由两大部件构成，即传感器、转换器。当然，其中间环节也必然存在着不同的信号处理器件。传感器安装在工业过程管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成为感应电动势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的部位，它将传递过来的信号进行除杂、滤波、放大等环节， 转换成标准信号输出，并给予显示、存储、传递等过程。2传感器采用的不同励磁方式
励磁方式即产生磁场的方式，由1.2中内容可知，（1)式必须满足的条件之一就是需要一个均匀恒定的磁场。为此，就需要一种合适的磁场。当前，在工业生产中主要有五种励磁方式。
在传感器的工作过程当中，磁场的选择对实验结果电动势的准确性有极大的影响，是数据采集的步，所以合适的励磁方式对电磁流量计的工作效果有很大的作用。现在将这几种励磁方式做一比较，如图1所示。
图1 五种励磁方式的特征
从上图可以看出，各种励磁方式都各有优缺点，在实际的运用中，根据待测的流体介质，具体选择合适的方式。但是， 目前电磁流量计大都使用双频矩形波励磁，也出现了计算机可编程的频率或脉宽等新的励磁方式，通过采用单片机及外围电路，可以取得我们所需要的磁场信号。3电磁流量计的干扰问题
电磁流量计的干扰问题主要是随着各种励磁方式产生的。这些干扰信号与有用的流量信号混杂在一起，不仅成分复杂， 而且常常会比流量信号大。通常，当流体在1m/s时，其感应电
动势仅为lmv左右，而干扰信号在严重时可以达到几十mv。对于50hz的工频信号而言，其感应电动势为
e = bvd + + ^sr + ec+ e<,+ ez (2) at at(2)式中，项为流速信号，后五项为干扰信号（正交干扰、同相干扰、零均值噪声、共模噪声、微分噪声）。在其中，正交干扰为主要的噪声信号。它有三个特点：
与流量无关，即使流体静止不动；
与流量信号在相位上差90°;
励磁频率越高，正交干扰也越严重。4对正交干扰的降噪方法
为了使得智能电磁流量计中转换器得到准确的流量信号，就必须对正交干扰信号进行大的降噪。而对于正交干扰信号的降噪，同样有着不同的处理手段。主要有以下三种： 4.1传统工频励磁的去噪方式
工业电磁流量计的磁场都是由电流激励线圈产生的，交流励磁感应强度可以表示为b = kissin wt (3)在传感器的工作当中，存在着正交干扰信号，在（2)式中就可以发现，干扰电动势「 db diklsinwt) t,t： 、_bn = —r- =；= k丄swcos wt (4)at at
所以我们就会发现，在实际的信号中（假设干扰信号只有正交干扰信号)e = bvd + en = kisvdsin wt + kiswcos wt (5) „ _v e _vki,vdsinwt+klwcoswt=kvd + kwctgwt (6)
在降噪过程中，就必须先去除掉噪声kwctgwt。为此，我们采取补偿措施，例如：在主放大器的反馈网络上设置正交干扰抑制器，去除输出信号中的正交干扰信号，深度负反馈到输入端，与干扰信号相减，即得到了较干净的流量信号。4.2双频率降噪法
在励磁方式中，我们可以选择两种高低不同的频率磁场， 综合二者的优点，低频励磁分量有着的零点稳定性，而高频则具有高速的反应能力，可以有效的降低正交干扰信号。
其工作原理是，一个由高低频分量叠加而成的电磁场通过励磁线圈被施加到被测流体当中，得到的磁场就是高低频磁场复合而成的磁场。在产生的电动势中，低频分量通过一个大时间常数的积分电路获得一个零稳定性好的平稳流量信号。而由流体所产生的低频噪音可被不受噪音影响的高频采样电路所抑制，有着同样时间常数的流量信号经过一个差分电路以确定流速信号的变化，二者合成即可获得定的信号。4.3 变压器调零法降噪除了上述两种方法之外，还有一种降噪处理方法，是让引出线组成的闭合回路在磁场相交处所形成的电动势为零，即制取一个与正交干扰信号相反的信号，并与之相消。其电路连接图如图（2)所示。
该电路连接图如上图所示。在线路中，形成了两个闭合回路i和ii。在闭合回路i中产生的感生电动势ei和闭合回路ii中产生的感生电动势e各自形成电流ii和k，并经过电位器的调节端加到转换器凡上，这两个电流方向是相反的，所以当流体速度为零时，调节电位器&，可以使得闭合回路中的h 和i2大小相等。因此，经过凡上的电流h和i2就可以相互抵消， 从而抑制正交干扰。4.4比较三种降噪方法
在上述内容中，我们分别介绍了传统工频励磁的去噪方式、双频率降噪法、变压器调零法降噪三种正交干扰的降噪方式，虽然在理论上是*可行的，但是在实际的生产工作当中，却是有着不同程度的缺陷。
传统工频励磁的去噪方式，系统设置较为复杂，且通常使用由霍尔元件组成的乘法器，可能带来由于温度变化而引起的误差;双频率降噪法，在正交干扰量较小的情况下可以采用， 对于较大的干扰量处理效果则不佳;变压器调零法降噪，理论上可*去除干扰噪声，但是其制造工艺非常复杂、困难。5结论
综上所述，在处理电磁流量计中主要的干扰信号一一正交干扰信号时，有着不同的方法，在选取何种降噪方式的问题上，主要还需考虑流体的物理介质、器件的工作环境、所需数据的精准程度、整体的器件要求等因素。此外，对正交干扰信号的处理，不论哪种措施，都存在着不同类型、不同程度的缺陷，所以，辩证、科学地选取降噪方式才是最可取的。
参考文献：
[1]苏彦勋,盛健,梁国伟.流量计量与测试[m].北京:中国计量出版社,1992.
[2]蔡武昌，应启戛.新型流量检测仪表[m].北京：化学工业出版社,2006.[3]赵志永,梁威.一种新的数字式电磁流量计的设计[j].--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，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：