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插入式電磁流量計硬件電路分析

發(fā)布時間：2022-08-01 09:58:26

插入式電磁流量計整個硬件電路（圖2）包括電源部分、勵磁電路部分、信號放大采集處理部分及輸入輸出顯示部分。其中影響流量計測量精度的主要是勵磁電路部分和信號放大采集處理部分。

勵磁電路采用低頻三值矩形波勵磁（圖3），這種勵磁方式既可以大幅減小由直流勵磁時產(chǎn)生的電極極化效應(yīng)，也可以克服正弦波勵磁產(chǎn)生的正交干擾的影響，同時，低頻三值矩形波勵磁比低頻矩形波勵磁有更低的勵磁功率，而且還可以在零值勵磁時進行零點自動補償，穩(wěn)定流量計的零點。

雖然插入式電磁流量計采用低頻三值矩形波勵磁時它的極化現(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)電動勢在信號線傳輸過程中信號線也會在空間磁場的作用下產(chǎn)生干擾信號，所以實際測量得到的電壓信號是有用信號與各種干擾信號的“組合”，它不僅包含流速信號也包含各種干擾信號。
插入式電磁流量計兩個電極上實際測量得到的電壓信號可以用以下的信號模型來表示。即

微分干擾和同相干擾會隨著磁場的穩(wěn)定而快速消失；共模干擾和串模干擾會造成插入式電磁流量計零點漂移，傳輸信號線采用屏蔽線，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)象會造成插入式電磁流量計零點不穩(wěn)，提高勵磁頻率可以減小其影響。觀察管道流體流速在5m/s左右時感應(yīng)信號（圖4），可以發(fā)現(xiàn)除去毛刺感應(yīng)信號幅值可達25mV,但其中有用信號的幅值在0.5mV左右，所以信號放大采集過程中要進行濾波。參照勵磁方式，分析流速信號電壓的基本特征，以下從信號放大采集處理部分對流速信號能夠有效地、針對性地放大、處理和濾除雜波進行分析。

前置放大電路（圖5）采用儀表放大器進行放大，儀表放大器前端是RFI濾波器，濾除衰減大部分干擾信號，R1為精密電阻，確保放大倍數(shù)穩(wěn)定。二極管D1、D2可以限制輸入信號的大小，避免誤接線造成損壞。

一款低成本、寬電源電壓范圍儀表放大器，該儀表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，查看芯片手冊可以得到。信號放大電路（圖6）采用運算放大器TLC2262，TLC2262是TI公司雙路運算放大器可以達到軌對軌輸出的性能，電阻R2、R4為精密電阻，確保放大倍數(shù)穩(wěn)定，R24和C31組成一個低通濾波器。

注：實際放大25倍，共模抑制比為20000倍,液體電導(dǎo)率≧25uS/cm，信號內(nèi)阻一般小于400kΩ；誤差小于0.05%；溫漂小于0.01。
由低通濾波器進行衰減并濾除部分雜波后的信號SIGN（圖7）經(jīng)模擬開關(guān)進入精密ADC進行AD轉(zhuǎn)換輸入單片機。可以發(fā)現(xiàn)，此時的信號與勵磁波形已經(jīng)十分相似，信號高低處已經(jīng)十分平滑，可以進行AD轉(zhuǎn)換。

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