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電磁流量計(jì)的基波平均值轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理方法?
日期：2022-12-12 點(diǎn)擊量：
電容隔離法或補(bǔ)償電路不能很好解決感應(yīng)信號(hào)失真和干擾信號(hào)被放大等問題.經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)和對(duì)國(guó)外電磁流量計(jì)的研究,本文提出一種基波平均值轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理方法，基于e(t)與峰值、平均值、有效值成正比關(guān)系，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波并采用基波平均值處理轉(zhuǎn)換的方法，可以有效提高電.磁流量計(jì)抗干擾的能力.結(jié)構(gòu)框圖如圖4.
傳感器輸出流量信號(hào)十分微弱,為幾十微伏的交流信號(hào),并疊加了多種頻率的噪聲干擾，表示為
式中,前兩項(xiàng)為信號(hào)基波和諧波,后四項(xiàng)為干擾噪聲(包括零均值噪聲、共模噪聲、微分噪聲、同相干擾).
信號(hào)是對(duì)稱方波脈沖形式,幅值為幾十微伏,脈沖寬度50ms,周期200ms,脈沖占空比為0.5,整機(jī)放大倍數(shù)2200倍.信號(hào)預(yù)處理電路為帶通濾波器,主要消除諧波和零均值噪聲.式(2)中
微分噪聲在一定的流體介質(zhì)下,產(chǎn)生的誤差為系統(tǒng)誤 差,可以由信號(hào)調(diào)理電路末級(jí)的微分噪聲補(bǔ)償電路校準(zhǔn)去除。
可以忽略。共模干擾雖然可以通過提高電路的共模抑制比來消除，但實(shí)際上由于元器件的溫度系數(shù)分散性較大,因此不可能使共模放大倍數(shù)Kc等于零,如采用圖2的方法,初級(jí)為雙端輸人單端輸出,則共模電壓e在中間級(jí)主放大器A3處會(huì)被放大K3倍,這樣會(huì)影響后級(jí)的信號(hào)處理，采用新的方法提高CMRR,根據(jù)差動(dòng)放大電路的特點(diǎn),在第一、第二級(jí)采用四運(yùn)放,差動(dòng)信號(hào)為雙端輸出,不經(jīng)合并直接進(jìn)人下一級(jí).將第三級(jí)設(shè)計(jì)為增益是1的低通濾波電路,此信號(hào)處理方法可以使ec不被放大,從而避免影響整機(jī)信號(hào).按CMRR為100dB計(jì)算,由于采用了新的處理方式，差動(dòng)流速信號(hào)放大系數(shù)為Kd=1,所以計(jì)算得Ke=10-5,即整機(jī)信號(hào)調(diào)理電路可以將共模干擾信號(hào)衰減105倍.對(duì)于由電極對(duì)地形成的干擾有如下關(guān)系”，
式中:Rj為勵(lì)磁線圈對(duì)電極的絕緣電阻;Rs為傳感器感應(yīng)信號(hào)內(nèi)阻;r為傳感器接地電阻;E勵(lì)磁電壓;當(dāng)E=24V時(shí),共模干擾電壓ec=5mV,經(jīng)衰減105倍后只有0.05μV,此干擾電壓對(duì)輸出不會(huì)有影響.通過實(shí)驗(yàn)證明,CMRR做得很高時(shí),應(yīng)用此方法抗干擾能力的確很強(qiáng)。
該電磁流量計(jì)已經(jīng)得到應(yīng)用,并依據(jù)JJG198-94《速度式流量計(jì)檢定規(guī)程》,利用質(zhì)量法水標(biāo)準(zhǔn)裝置,對(duì)采用基波平均值信號(hào)預(yù)處理電路的電磁流量計(jì)進(jìn)行檢定,重復(fù)性誤差為0.1%,基本誤差為0.25%,線性度0.3%,檢測(cè)結(jié)果如表1.
傳感器輸出流量信號(hào)十分微弱,為幾十微伏的交流信號(hào),并疊加了多種頻率的噪聲干擾，表示為
式中,前兩項(xiàng)為信號(hào)基波和諧波,后四項(xiàng)為干擾噪聲(包括零均值噪聲、共模噪聲、微分噪聲、同相干擾).
信號(hào)是對(duì)稱方波脈沖形式,幅值為幾十微伏,脈沖寬度50ms,周期200ms,脈沖占空比為0.5,整機(jī)放大倍數(shù)2200倍.信號(hào)預(yù)處理電路為帶通濾波器,主要消除諧波和零均值噪聲.式(2)中
微分噪聲在一定的流體介質(zhì)下,產(chǎn)生的誤差為系統(tǒng)誤 差,可以由信號(hào)調(diào)理電路末級(jí)的微分噪聲補(bǔ)償電路校準(zhǔn)去除。可以忽略。共模干擾雖然可以通過提高電路的共模抑制比來消除，但實(shí)際上由于元器件的溫度系數(shù)分散性較大,因此不可能使共模放大倍數(shù)Kc等于零,如采用圖2的方法,初級(jí)為雙端輸人單端輸出,則共模電壓e在中間級(jí)主放大器A3處會(huì)被放大K3倍,這樣會(huì)影響后級(jí)的信號(hào)處理，采用新的方法提高CMRR,根據(jù)差動(dòng)放大電路的特點(diǎn),在第一、第二級(jí)采用四運(yùn)放,差動(dòng)信號(hào)為雙端輸出,不經(jīng)合并直接進(jìn)人下一級(jí).將第三級(jí)設(shè)計(jì)為增益是1的低通濾波電路,此信號(hào)處理方法可以使ec不被放大,從而避免影響整機(jī)信號(hào).按CMRR為100dB計(jì)算,由于采用了新的處理方式，差動(dòng)流速信號(hào)放大系數(shù)為Kd=1,所以計(jì)算得Ke=10-5,即整機(jī)信號(hào)調(diào)理電路可以將共模干擾信號(hào)衰減105倍.對(duì)于由電極對(duì)地形成的干擾有如下關(guān)系”， 式中:Rj為勵(lì)磁線圈對(duì)電極的絕緣電阻;Rs為傳感器感應(yīng)信號(hào)內(nèi)阻;r為傳感器接地電阻;E勵(lì)磁電壓;當(dāng)E=24V時(shí),共模干擾電壓ec=5mV,經(jīng)衰減105倍后只有0.05μV,此干擾電壓對(duì)輸出不會(huì)有影響.通過實(shí)驗(yàn)證明,CMRR做得很高時(shí),應(yīng)用此方法抗干擾能力的確很強(qiáng)。
該電磁流量計(jì)已經(jīng)得到應(yīng)用,并依據(jù)JJG198-94《速度式流量計(jì)檢定規(guī)程》,利用質(zhì)量法水標(biāo)準(zhǔn)裝置,對(duì)采用基波平均值信號(hào)預(yù)處理電路的電磁流量計(jì)進(jìn)行檢定,重復(fù)性誤差為0.1%,基本誤差為0.25%,線性度0.3%,檢測(cè)結(jié)果如表1.
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