电磁流量计中的抗工频干扰问题

　　随着微电子技术的发展,电磁流量计的技术性能有了进一步的提高,应用也越来越广泛。由于其具有对液体适应性较强的特点,在现代工业生产中,成为测量流体流量的首选仪表。

　　在现行的电磁流量计中,低频矩形波励磁方式已成为主要的励磁方式,为了解决工频干扰问题,实现对流体流速感应电势eab信号的准确测量,需利用以下基本关系:①励磁周期为工频周期的整数倍,即励磁频率为50/nHz(n为偶数);②正负励磁下的同相位采样。图1是对应低频矩形波励磁形式下的典型电势信号形式,按上述关系在一个励磁周期下,若假设t1和t2点为工频干扰的等效干扰点,且采样宽度T=T1=T2,则eab的基本算式[1,2]为

　　上式说明电磁流量计的工频干扰在理论上有了可克服的途径,但其方法是以同相位(t1=t2),同宽度采样(T1=T2=T)为前提的。显然在实际情况下,是不可能完全满足这两个前提的,采样的相位与宽度不可避免地存在着误差,如何减少采样误差正是本文所要讨论的问题。

　　1　工频干扰对流量信号的影响

　　当流体流速较大时,工频干扰可以忽略,并不是没有,而是影响不敏感,这是相对感应电势的值与工频干扰的大小比较而言的;而当激励电流减小(减小励磁电功率)或流体流速较小时,发现工频干扰值在与反映流速的信号值在同一个数量级上,这时工频干扰又显得十分敏感[3]。

　　图2即为小流量、激励电流<70 mA时,利用反馈式信号放大处理方法放大了104数量级倍的信号波形[4]。从图中可以看出工频干扰在实际信号中占的比例相当大,如果不正确地消除工频干扰,就无法得到令人满意的测量结果。

　　2　信号采样方法的分析

　　长期以来,在对电磁流量计进行信号处理时,人们往往忽略了对信号采样方法的分析。实际上,采样的区域、宽度、对称度及采样的起始点的选取,特别是在小流量情况下,对电磁流量计的测量精度有较大的影响。为了说明问题,下面对励磁频率为工频的两分频和四分频的情况进行分析。

　　2.1　采样频率为工频的两分频

　　采样频率为工频的两分频如图3所示。

　　设α、β为信号采样起始相位角;T为采样宽度;ξ为采样宽度误差,令β=α+2π+Δ(Δ为采样相位误差),则其采样信号误差为

　　2.2　采样频率为工频的四分频

　　图4(a)~(c)直观地描述了不同采样宽度及采样起始点位置对流量信号的影响。设α,β为信号采样起始相位角,令β=α+Δ,Δ为相位差;ξ为采样宽度误差;α、β、Δ都很小,可视为无穷小。