一種電磁流量計信號處理方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體流量測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電磁流量計信號處理方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁流量計(Electromagnetic Flow Meter，簡稱EMF)是20世紀(jì)50?60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。電磁流量計是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，根據(jù)導(dǎo)電流體通過外加磁場時感生的電動勢來測量導(dǎo)電流體流量的一種儀器。
[0003]當(dāng)導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運動時，在導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與導(dǎo)體在磁場中的有效長度及導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁場方向運動的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動而切割磁感應(yīng)力線時，也會在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢的大小由下式確定:
[0004]E=KXBXDXv (I)
[0005]式(I)中，E為感應(yīng)電勢、K為與磁場分布及軸向長度有關(guān)的系數(shù)(即電磁流量計的儀表常數(shù))、B為磁感應(yīng)強度、V為導(dǎo)電流體平均流速、D為電極間距(即測量管內(nèi)直徑)。由此可得管道的體積流量為:
[0006]Qv = jtED/4KB (II)
[0007]由上式(II)可見，體積流量Qv與感應(yīng)電勢E和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)。這就是電磁流量計的測量原理。
[0008]理論上在管道里介質(zhì)的平均流速為零的條件下，采集到的感應(yīng)電勢E也為零，但是由于流體接近零點時，電磁流量傳感器輸出信號中含有大量的噪聲:微分干擾、同相干擾，極化干擾、流動噪聲、漿液噪聲，串模干擾、共模干擾。這使低流速下的感應(yīng)電勢信號完全淹沒在噪聲信號之中，以至于難以區(qū)分零點和小于0.25m/s甚至0.5m/s流速下的信號。
[0009]針對上述技術(shù)問題，在現(xiàn)有技術(shù)中通常采取以下四種方案改善電磁流量計性能:
[0010]I)通過增加電磁流量計的勵磁電流來增強磁感應(yīng)強度B，進而提高被測的感應(yīng)電勢E;
[0011]2)通過縮徑來提高流過測量管道里介質(zhì)的平均流速V，提高被測的感應(yīng)電勢E;
[0012]3)單獨對零點進行測量，然后存儲在儀表非易失存儲器內(nèi)，應(yīng)用中實時比較當(dāng)前零點值與之前存儲的零點值之差是否超出預(yù)設(shè)的閾值，來確定實時零點的有效性；
[0013]4)在三值矩形波勵磁中，利用勵磁電流I = O時B = O的工作時段，流速感應(yīng)電勢E =O的特點，將此時信號放大單元的輸出信號U作為信號零點值進行檢測，是可以消除零點值的數(shù)據(jù)來對實際流速進行的精確估計。
[0014]然而，上述現(xiàn)有技術(shù)方案分別存在以下技術(shù)問題:
[0015]I)如果通過增加勵磁電流來增加磁感應(yīng)強度B，一方面線圈有內(nèi)阻，會增加線包的發(fā)熱量，降低傳感器的使用壽命，另一方面改變磁感應(yīng)強度引起GK = K X B X D的變化，而GK是在出廠之前標(biāo)定好的，不能因為現(xiàn)場干擾或者介質(zhì)電導(dǎo)率低而改變；
[0016]2)通過縮小管徑D提高檢測管道里流體流速來提高感應(yīng)電勢E，可以提高低流速到更高流速。這會增加管道的儀表匹配變徑管道成本，同時會增加輸送通道的壓損，因此增加帶來持續(xù)的生產(chǎn)成本。而低流速條件下，縮小管徑的管道對于某些應(yīng)用場合會不適用；
[0017 ] 3)通過閾值的范圍來判斷當(dāng)前的感應(yīng)電勢是否處在零流速條件下的E的算法，本身就損失一部分有效的低流速的測量，因此在一定范圍內(nèi)不能解決低流速的測量問題；
[0018]4)在零點附近，因為前端運放的小信號處理能力有限，以及小信號(大約在幾百UV以內(nèi)級別)特有的信噪比很低，造成較小的流量信號，被零點附近的噪聲信號所覆蓋，從而無法準(zhǔn)確區(qū)分小流量與真正的零點。因此，當(dāng)前流量行業(yè)儀表的基本做法，只能用提高零點流量讀數(shù)輸出的閾值，對0.5m/s以下，甚至0.25m/s以下的流量，不使讀數(shù)顯示出來。
[0019]可見，現(xiàn)有技術(shù)中存在如下技術(shù)問題:在保證精度的要求下，電磁流量計可測量流量下限很高，使得在一些低速場合應(yīng)用受到明顯限制的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的如下技術(shù)問題:在保證精度的要求下，電磁流量計可測量流量下限很高，使得在一些低速場合應(yīng)用受到明顯限制的技術(shù)問題，提供一種電磁流量計信號處理方法及裝置，使得電磁流量計能夠測量流體小于0.5m/s的低流速，提高了電磁流量計測量的量程比。
[0021]—方面，本發(fā)明方案提供了一種電磁流量計信號處理方法，用于測量管道中流體流量，包括以下步驟:
[0022]S1、在所述電磁流量計工作時，獲取所述電磁流量計的電極間的感應(yīng)電勢信號；
[0023]S2、判斷所述感應(yīng)電勢信號是否大于預(yù)設(shè)電壓值，獲得判斷結(jié)果；
[0024]S3、當(dāng)所述判斷結(jié)果為否時，獲取偏置電壓信號，并將所述偏置電壓信號耦合到所述感應(yīng)電勢信號上，以獲得電壓耦合信號；
[0025]S4、基于所述電壓耦合信號和所述偏置電壓信號計算管道中流體流量。
[0026]可選的，在所述步驟S2之后，所述信號處理方法還包括步驟:
[0027]S5、當(dāng)所述判斷結(jié)果為是時，基于所述感應(yīng)電勢信號計算管道中流體流量。
[0028]可選的，在所述步驟S3中，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成并輸出所述偏置電壓;所述偏置電壓與所述電磁流量計的勵磁信號同步。
[0029]可選的，所述步驟S3還包括:
[0030]在獲得電壓耦合信號后，動態(tài)調(diào)節(jié)所述偏置電壓信號，以使所述電壓耦合信號的信噪比滿足預(yù)設(shè)要求。
[0031]可選的，所述預(yù)設(shè)電壓值為管道中流體以預(yù)設(shè)流速切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。
[0032]另一方面，本發(fā)明方案還提供了一種電磁流量計信號處理裝置，用于測量管道中流體流量，包括:
[0033]感應(yīng)電勢獲取單元，用于在所述電磁流量計工作時，獲取所述電磁流量計的電極間的感應(yīng)電勢信號；
[0034]判斷單元，用于判斷所述感應(yīng)電勢信號是否大于預(yù)設(shè)電壓值，獲得判斷結(jié)果；
[0035]電壓耦合信號獲取單元，用于當(dāng)所述判斷結(jié)果為否時，獲取偏置電壓信號，并將所述偏置電壓信號耦合到所述感應(yīng)電勢信號上，以獲得電壓耦合信號；
[0036]第一流體流量計算單元，用于基于所述電壓耦合信號和所述偏置電壓信號計算管道中流體流量。
[0037]可選的，所述信號處理裝置還包括:
[0038]第二流體流量計算單元，用于在所述判斷單元判斷獲得所述感應(yīng)電勢信號大于所述預(yù)設(shè)電壓值時，基于所述感應(yīng)電勢信號計算管道中流體流量。
[0039]可選的，所述電壓耦合信號獲取單元具體通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成并輸出所述偏置電壓;所述偏置電壓與所述電磁流量計的勵磁信號同步。
[0040]可選的，所述電壓耦合信號獲取單元還用于在獲得電壓耦合信號后，動態(tài)調(diào)節(jié)所述偏置電壓信號，以使所述電壓耦合信號的信噪比滿足預(yù)設(shè)要求。
[0041]可選的，所述預(yù)設(shè)電壓值為管道中流體以預(yù)設(shè)流速切割磁力線所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。
[0042]本發(fā)明方案提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點:
[0043I由于在本發(fā)明方案中，在處理電磁流量計信號時，首先，在所述電磁流量計工作時，獲取所述電磁流量計的電極間的感應(yīng)電勢信號;接著，判斷所述感應(yīng)電勢信號是否大于預(yù)設(shè)電壓值，獲得判斷結(jié)果；當(dāng)所述判斷結(jié)果為否時，獲取偏置電壓信號，并將所述偏置電壓信號耦合到所述感應(yīng)電勢信號上，以獲得電壓耦合信號;之后，基于所述電壓耦合信號和所述偏置電壓信號計算管道中流體流量。也就是說，電磁流量計在低流速測量條件下，通過在傳感器信號電極接口電路引入偏置電壓，來解決現(xiàn)有技術(shù)中在保證精度的要求下，電磁流量計可測量流量下限很高的技術(shù)問題，擴展了電