插入式電磁流量計(jì)整個(gè)硬件電路(圖2)包括電源部分、勵(lì)磁電路部分、信號(hào)放大采集處理部分及輸入輸出顯示部分。其中影響流量計(jì)測量精度的主要是勵(lì)磁電路部分和信號(hào)放大采集處理部分。
勵(lì)磁電路采用低頻三值矩形波勵(lì)磁(圖3)，這種勵(lì)磁方式既可以大幅減小由直流勵(lì)磁時(shí)產(chǎn)生的電極極化效應(yīng)，也可以克服正弦波勵(lì)磁產(chǎn)生的正交干擾的影響，同時(shí)，低頻三值矩形波勵(lì)磁比低頻矩形波勵(lì)磁有更低的勵(lì)磁功率，而且還可以在零值勵(lì)磁時(shí)進(jìn)行零點(diǎn)自動(dòng)補(bǔ)償，穩(wěn)定流量計(jì)的零點(diǎn)。
雖然插入式電磁流量計(jì)采用低頻三值矩形波勵(lì)磁時(shí)它的極化現(xiàn)象和正交干擾較弱，但也不能從根本上完全消除，再加上感應(yīng)電動(dòng)勢在信號(hào)線傳輸過程中信號(hào)線也會(huì)在空間磁場的作用下產(chǎn)生干擾信號(hào)，所以實(shí)際測量得到的電壓信號(hào)是有用信號(hào)與各種干擾信號(hào)的“組合”，它不僅包含流速信號(hào)也包含各種干擾信號(hào)。
插入式電磁流量計(jì)兩個(gè)電極上實(shí)際測量得到的電壓信號(hào)可以用以下的信號(hào)模型來表示。即
流量信號(hào)
式中，BvD為稱為流速信號(hào)，是插入式電磁流量計(jì)需要通過檢測電路得到的真實(shí)測量值； 和 是微分干擾和同相干擾；ec為共模干擾；ed為串模干擾；ez為電化學(xué)干擾。
微分干擾和同相干擾會(huì)隨著磁場的穩(wěn)定而快速消失；共模干擾和串模干擾會(huì)造成插入式電磁流量計(jì)零點(diǎn)漂移，傳輸信號(hào)線采用屏蔽線，確保儀表接地良好可大幅度減弱其影響；電化學(xué)干擾主要是電極表面的極化現(xiàn)象會(huì)造成插入式電磁流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)，提高勵(lì)磁頻率可以減小其影響。觀察管道流體流速在5m/s左右時(shí)感應(yīng)信號(hào)(圖4)，可以發(fā)現(xiàn)除去毛刺感應(yīng)信號(hào)幅值可達(dá)25mV,但其中有用信號(hào)的幅值在0.5mV左右，所以信號(hào)放大采集過程中要進(jìn)行濾波。參照勵(lì)磁方式，分析流速信號(hào)電壓的基本特征，以下從信號(hào)放大采集處理部分對(duì)流速信號(hào)能夠有效地、針對(duì)性地放大、處理和濾除雜波進(jìn)行分析。
前置放大電路(圖5)采用儀表放大器進(jìn)行放大，儀表放大器前端是RFI濾波器，濾除衰減大部分干擾信號(hào)，
R1為精密電阻，確保放大倍數(shù)穩(wěn)定。二極管D1、D2可以限制輸入信號(hào)的大小，避免誤接線造成損壞。
AD8226是ADI公司一款低成本、寬電源電壓范圍儀表放大器，插入式電磁流量計(jì)放大器具有超高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低線性誤差、低輸出阻抗的優(yōu)點(diǎn)，查看芯片手冊(cè)可以得到。信號(hào)放大電路(圖6)采用運(yùn)算放大器TLC2262，TLC2262是TI公司雙路運(yùn)算放大器可以達(dá)到軌對(duì)軌輸出的性能，電阻R2、R4為精密電阻，確保放大倍數(shù)穩(wěn)定，R24和C31組成一個(gè)低通濾波器。
注：實(shí)際放大25倍，共模抑制比為20000倍,液體電導(dǎo)率≧25uS/cm，信號(hào)內(nèi)阻一般小于400kΩ；誤差小于0.05%；溫漂小于0.01。
由低通濾波器進(jìn)行衰減并濾除部分雜波后的信號(hào)SIGN(圖7)經(jīng)模擬開關(guān)進(jìn)入精密ADC進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的信號(hào)與勵(lì)磁波形已經(jīng)十分相似，信號(hào)高低處已經(jīng)十分平滑，可以進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。
|
