在現行的電磁流量計中,低頻矩形波勵磁方式(keyedd。c。field)成了主要的勵磁形式。在理論上,它使工頻干擾、勵磁相位干擾、電極極化以及零點漂移等干擾有了可克服的途徑。所謂低頻矩形波勵磁,是一種勵磁周期為工頻周期的整數倍且勵磁過程為正負恒值周期交替的矩形波勵磁。但隨信號處理方法的不同,將使對應電磁流量計的靜動態流量測量性能有所差異。理想的信號處理方法應保持電磁流量計基本原理上的純線性和快速響應特性。
圖1是電磁流量計的基本原理圖。導電性流體在傳感器工作磁場B(由勵磁電流I產生的)作用下,使兩測量電極a和b產生正比于流體流速V的感應電勢eab。電磁流量計的理想測量方程可表示為：
eab=CBDV(1)
其中,C為儀表常數,D為傳感器的管道直徑。方程(1)表示電磁流量計產生的感應電動勢eab與流體流速V呈線性關系,并且具有對流體流速變化的響應無延時的優點。但在實際的電磁流量計中,電極a和b上疊加了一系列的干擾信號。一般得到的信號
式中,第二、第三項為磁場變化時產生的正交與同相干擾(若磁場不變時,此兩項為零);e0為零點漂移干擾(實際電極兩端內阻可達幾兆歐量級,致使信號中積累起較大的零點漂移值);ec為共模干擾(若圖1中的A是差分放大器,即可基本消除此項干擾);ed為電極間可能產生的極化電壓干擾和工頻進入的串模干擾(對于恒定磁場勵磁時極化電壓干擾將使信號完全飽和無法反映eab的值)。圖2中,磁場B是一種常用的低頻矩形波勵磁形式,電勢信號e是對應勵磁方式下的典型信號形式,信號e中的尖峰主要是由勵磁正負變化時引入的干擾,而e0即是信號中的零點漂移干擾。
顯然,在t1和t2時刻附近,矩形波勵磁磁場恒定不變,則信號中就沒有式(2)的磁場正交與同相干擾,這就是低頻矩形波勵磁方式給電磁流量計的信號處理帶來的一個優點。同時,由于低頻矩形波勵磁方法基本減弱了電極極化干擾,即式(2)中的ed主要是工頻引入的串模干擾。若假設圖1中的A是一個差分放大器,則在圖2的t1或t2附近的信號為
從低頻矩形波勵磁方式下電磁流量計運行原理可知,要實現對流體流速感應電勢eab的準確測量,可利用以下基本關系.a.若低頻矩形波勵磁周期是工頻周期的整數倍,則eab可由式(1)的流體流速感應電勢信號決定.b.在一個勵磁周期下,圖2中的t1和t2點為工頻串模干擾的等效干擾點,于是在一個低頻矩形波勵磁周期下有對流體流速感應電勢eab信號的一次基本算式：
式(4)給出了電磁流量計信號測量的基本算式.但若要高精度、高動態響應地得出流體流速感應電勢eab信號值,對應的信號處理方法將需要解決下列兩個問題。
第一,圖2的低頻矩形波勵磁周期實際已成為對流體流速V的基本采樣周期.如要提高電磁流量計的動態響應速度,應采用最小的低頻矩形波勵磁周期(即工頻周期的1倍);而采用較大的低頻矩形波勵磁周期時,卻有利于減弱信號e的尖峰影響,并有利于減小零點漂移e0的累積以使信號零點較為穩定.即存在對信號的動態響應與零點漂移穩定性問題。
第二,實際的eab值一般(幾十微伏級)小于信號中零點漂移e0最大值(達百毫伏級),約為e0×10的三次方,因此要保證高精度地實現基本算式(4),須通過信號處理手段使信號eab在數值上大于零點漂移e0.即存在既要基本消除零點漂移值e0,又要有效地放大感應電勢信號eab的問題.對上述兩個問題的不同解決途徑將引出不同的信號處理方法.本文就如何有效地放大感應電勢信號eab和提高信號動態響應速度兩個方面對信號處理方法進行探討,并提出一種較理想的基線控制法信號處理方法。
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