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        自動零點的電磁流量計信號處理方法及系統

        發布:2021/12/13 16:47:30人氣:74
        技術領域
        本發明涉及一種自動零點的電磁流量計信號處理方法及系統
         
        技術背景
        電磁流量計是以法拉第電磁感應定律為原理的流量測量儀表。電磁流量計的傳感器測量管道P中有磁場B,當測量管道P中的流體有流速V時,在傳感器兩測量電極上理論有感應電勢E=K×B×V,其中K是一個系數。事實上,電磁流量計及其傳感器、信號放大單元和信號處理單元與任何電子信號處理系統一樣,都存在信號的零點問題。如2006年化學工業出版社的《新型流量檢測儀表》P48頁所描述的,在實際傳感器上得到信號是E=K×B×V+E0,其中E0是傳感器具有的零點。由于電磁流量計存在測量信號的零點問題,就會帶來零點調整和校正問題。如在2004年中國石油出版社的《電磁流量計》P304頁所描述,儀表投入運行前,傳感器必須充滿實際測量介質,通電后在靜止狀態下作零點調整。目前,常用的電磁流量計的信號零點處理方法是,先使傳感器測量管道P中的流體流速V=0,并讓電磁流量計信號處理單元確認得到的信號測量值是一個零點Z值來保存。此后,電磁流量計的信號處理單元總是將得到的信號測量值減去一個固定零點Z值,據此來估計實際流速V值。顯然,一個要測量管道流速V的電磁流量計必須要先讓管道流速V=0,先作零點調整使信號處理單元確認得到的信號X值是一個零點Z值來保存,然后才能讓儀表投入實際運行。而且,總是要假設電磁流量計的零點基本不變或零點變化可以忽略在許多實際應用過程中,電磁流量計的零點值都會發生一些不可忽略的變化。已有的電磁流量計零點處理技術中,已有相關專利為解決電磁流量計的零點漂移對電磁流量計信號放大過程的影響,同時,當電磁流量計的傳感器有電極污染和系統接地變化等因素就將會使零點Z值發生較大的變化,這樣就使采用固定零點Z值的電磁流量計會導致得出的流速V值具有不可容忍的誤差。如管道流速為零時而電磁流量計的流速信號測量值不為零等。因此,零點的動態檢測與自動校正已成為提高電磁流量計性能的重要技術之一。
         
        發明內容
        本發明的目的主要是提供一種自動零點的電磁流量計信號處理方法及系統,為消除零點變化對電磁流量計使用性能的影響。
        為了達到上述目的,本發明的構思是:
        本發明是在電磁流量計由勵磁電流I產生磁場B的工作時段中不間斷地插入勵磁電流I=0的工作時段,利用I=0使磁場B=0下流速感應電勢E=0的特點,將此時信號放大單元的輸出信號U作為信號零點Z值進行動態檢測,使在勵磁磁場B下對流速感應電勢E的信號測量值可消除實際信號零點Z值,實現對流速V值的精確估計。顯然,本發明不但能消除零點變化對流速V測量的影響,而且實現了信號零點的自動校正,可以使新裝入工藝管道上
        的電磁流量計可直接投入運行,而不必先要在流速V=0的條件下先作零點調整等操作。使電磁流量計的使用性能大大提高。同時,又可根據信號零點Z值的變化來對傳感器感應電勢對稱性能的變化進行度量與指示,以診斷傳感器的電極污染或絕緣性能等的變化情況。
        根據上述發明構思,本發明采用以下技術方案:
        一種自動零點的電磁流量計信號處理方法,采用的電磁流量計信號處理系統,包括一個傳感器、一個勵磁驅動單元、一個信號放大單元、一個信號處理單元和一個時序控制單元:其特征在于:使所述的勵磁驅動單元按時序控制單元的時序S輸出勵磁電流Ⅰ使所述的傳感器內產生勵磁磁場B;由流速V的被測流體從傳感器流過使傳感器輸出感應電勢信號E,信號放大單元將感應電勢信號E放大后輸出信號U=X,由信號處理單元采集信號U=X值來估流過傳感器中的流體流速V值;由所述的時序控制單元的時序S中不間斷的插入工作時段T,在這個工作時段T中勵磁驅動單元的勵磁電流1=0使傳感器內不產生勵磁磁場B,并把信號處理單元采集的信號放大單元輸出信號U值作為當前信號X中的零點Z值。在上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法中,所述的信號處理單元根據在時序S下采集的信號X值和在時序T下采集的信號Z值,計算得出Y=X-Z,信號處理單元即用消除了當前信號零點Z值的Y值來估計傳感器流過的流體流速V值。在上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法中,所述的時序控制單元的時序S和時序T,總使信號處理單元在工頻周期的相同相位下分別采集信號X值和采集信號Z值,使信號處理單元得出Y=X-Z值時消除了工頻干擾的影響。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法中,所述的信號處理單元以Z值的相對變化量來度量與指示傳感器感應電勢對稱性能的相對變化。
        一種自動零點的電磁流量計信號處理系統,用于上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法,包括一個傳感器、一個勵磁驅動單元、一個信號放大單元、一個信號處理單元和一個時序控制單元;其特征在于所述傳感器的輸出經所述的信號放大單元后輸出到所述信號處理單元,信號處理單元經所述的時序控制單元連接所述勵磁驅動單元,由勵磁驅動單元輸出勵磁電流Ⅰ使傳感器內產生勵磁磁場B;所述的時序控制單元輸出時序S讓勵磁驅動單元分成工作時段S1和S2分別用I=I1的恒電流和用1=I2=-I1的恒電流進行正反向恒流勵磁方式工作,使所述的傳感器內分別產生正向磁場B的和反向磁場B,流速V的被測流體從傳感器流過使傳感器分別輸出感應電勢信號E=E1和E=E2,對應信號放大單元的輸出信號U分別是X1和X2,信號處理單元分別采集信號X1和信號X2值,并用X=X1-X2值來估計在傳感器流過的流體流速V值;其特征在于所述的時序控制單元的時序S中不間斷的插入工作時段T,在時序T中讓勵磁驅動單元保持勵磁電流I=0使所述的傳感器內不產生的勵磁磁場B,并將時序T中分成工作時段T1和T2對應信號放大單元的輸出信號U分別是z1和Z2:信號處理單元分別采集信號Z1和信號Z2值,并用Z=Z1-Z2值作為當前信號X中的零點Z值。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理系統中,所述的信號處理單元在時序S下采集信號X1和信號X2值并得出的X=X1-X2值,在時序T下采集信號Z1和信號Z2值并得出的Z=Z1-Z2值:信號處理單元再計算得出Y=X-Z,并用消除了當前信號零點Z值的Y值來估計傳感器流過的流體流速V值。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理系統中,所述的時序控制單元時序S的工作時段S1和S2中,使信號處理單元在相同的工頻周期相位下分別采集信號X1和信號X2值,有X=X1-X2值消除了工頻干擾的影響:所述的時序控制單元時序T的工作時段T1和T2中,使信號處理單元在相同的工頻周期相位下分別采集信號Z1和信號Z2值,有Z=Z1-Z2值消除了工頻干擾的影響:這樣使信號處理單元用Y=X-Z值估計傳感器流過的流體流速V值時也消除了工頻干擾的影響。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理系統中,所述的信號處理單元以Z值的相對變化量來度量與指示傳感器感應電勢對稱性能的相對變化,可有相對變化率△來表示:
        其中,Zmin是信號處理單元得到的z值中的zui小值。
        本發明與現有技術相比,具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:本發明不但能消除零點變化對流速Ⅴ測量的影響,而且實現了信號零點的自動校正,可以使新裝入工藝管道上的電磁流量計可直接投入運行,而不必先要在流速V=0的條件下先作零點調整等操作。使電磁流量計的使用性能大大提高。同時,又可根據信號零點Z值的變化來對傳感器感應電勢對稱性能的變化進行度量與指示,以診斷傳感器的電極污染或絕緣性能等的變化情況。
         
        附圖說明
        圖1是本發明的一個實施例結構原理框圖。
        圖2是一個以正反向恒流勵磁方式工作的自動零點的電磁流量計信號處理系統信號關系圖。
        圖3是一個在N個時序S下插入一個時序T方式的時序關系示意圖。

        具體實施方式
        本發明的優選實施例如下述:參見圖1、圖2和圖3。
        實施例一
        參見圖1,自動零點的電磁流量計信號處理方法,采用的處理系統包括一個傳感器1個勵磁驅動單元2、一個信號放大單元3、一個信號處理單元4和一個時序控制單元5:使所述勵磁驅動單元2按時序控制單元5的時序S輸出勵磁電流1使所述的傳感器1內產生勵磁磁場B;由流速的被測流體從傳感器1流過使傳感器1輸出感應電勢信號E,信號放大單元3將感應電勢信號E放大后輸出信號U=X,由信號處理單元4采集信號U=X值來估計流過傳感器1中的流體流速V值;其特征在于所述的時序控制單元5的時序S中不間斷的插入工作時段T,在這個工作時段T中勵磁驅動單元2的勵磁電流1=0使傳感器1內不產生勵磁磁場B,并把信號處理單元4采集的信號放大單元3輸出信號U值作為當前信號X中的零點Z值。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法中,所述的信號處理單元4根據在時序S下采集的信號X值和在時序T下采集的信號Z值,計算得出Y=X-Z,信號處理單元4即用消除了當前信號零點Z值的Y值來估計傳感器1流過的流體流速V值。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法中,所述的時序控制單元5的時序S和時序T,總使信號處理單元4在工頻周期的相同相位下分別采集信號X值和采集信號Z值,使信號處理單元4得出Y=X-Z值時消除了工頻干擾的影響。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法中,所述的信號處理單元4以Z值的相對變化量來度量與指示傳感器1感應電勢對稱性能的相對變化。
        實施例二
        參見圖1,自動零點的電磁流量計信號處理系統,用于上述的自動零點的電磁流量計信號處理方法,包括一個傳感器1、一個勵磁驅動單元2、一個信號放大單元3、一個信號處理單元4和一個時序控制單元5。所述的傳感器1的輸出經所述的信號放大單元3后輸出到所述信號處理單元4,信號處理單元4經所述的時序控制單元5連接所述勵磁驅動單元2,由勵磁驅動單元2輸出勵磁電流1使傳感器1內產生勵磁磁場B;所述的時序控制單元5輸出時序S讓勵磁驅動單元2分成工作時段S1和S2分別用I=1的恒電流和用I=I2=-I1的恒電流進行正反向恒流勵磁方式工作,使所述的傳感器1內分別產生正向磁場B的和反向磁場B,流速V的被測流體從傳感器1流過使傳感器1分別輸出感應電勢信號E=E1和E=E2,對應信號放大單元3的輸出信號し分別是X和X,信號處理單元4分別采集信號X和信號X2值,并用X=X1-X2值來估計在傳感器1流過的流體流速V值。其特征在于所述的時序控制單元5的時序S中不間斷的插入工作時段T,在時序T中讓勵磁驅動單元2保持勵磁電流I=0使所述的傳感器1內不產生的勵磁磁場B,并將時序T中分成工作時段T和T2,對應信號放大單元3的輸出信號U分別是1和Z2;信號處理單元4分別采集信號z4和信號2值,并用Z=21-Z2值作為當前信號X中的零點Z值。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理系統中,所述的信號處理單元4在時序S下采集信號X,和信號X2值并得出的X=X1-X2值,在時序T下采集信號Z1和信號Z2值并得出的Z=Z1-Z2值:信號處理單元4再計算得出Y=X-Z,并用消除了當前信號零點Z值的Y值來估計傳感器1流過的流體流速Ⅴ值。
        圖2所示的自動零點的電磁流量計信號處理系統信號關系圖。即是一種在正反向恒流勵磁方式工作下,以工頻周期為基礎的電磁流量計信號處理系統的信號基本關系:時序控制單元5時序S和時序T、勵磁驅動單元2勵磁電流1、信號放大單元3輸出信號U的種關系。
        一般假定工作時段S1和S2中流速V不變,則E=E2=-E1,U=X2=-X1,X=X1-X2=2 X1值。即信號處理單元4是用Y=2X1-Z值來估計在傳感器(1)流過的流體流速V值。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理系統中,所述的時序控制單元5時序S的工作時段S1和S2中,使信號處理單元4在相同的工頻周期相位下分別采集信號X1和信號X2值,有X=X1-X2值消除了工頻干擾的影響;所述的時序控制單元5時序T的工作時段T1和T2中,使信號處理單元4在相同的工頻周期相位下分別采集信號Z4和信號Z2值,有Z=Z,-Z2值消除了工頻干擾的影響:這樣使信號處理單元4用Y=X-Z值估計傳感器1流過的流體流速V值時也消除了工頻干擾的影響。
        在圖2中,信號處理單元4都是以A時間來采集信號X1值、信號X2、信號Z1和信號Z2值。這樣,用Y=X-Z值時已更好地消除了工頻干擾的影響。
        在上述的自動零點的電磁流量計信號處理系統中,所述的信號處理單元4以Z值的相對變化量來度量與指示傳感器1感應電勢對稱性能的相對變化,可有相對變化率△來表示:
        其中,Zmin是信號處理單元4得到的Z值中的zui小值顯然,自動零點的電磁流量計信號處理方法與系統也可以在N個時序S下插入時序T方式來運行。圖3是一個示意性的時序關系圖。
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