[發明專利]一種基于微分干擾補償的瞬態電磁流量變送器

有效

• 申請號: 201810391176.2
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108593022B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 徐科軍;王剛;吳建平;鄒明偉;許偉;石磊;汪春暢;康一波;于新龍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學;重慶川儀自動化股份有限公司
• 主分類號: G01F1/58
• 分類號: G01F1/58
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 彭超

本發明涉及流量檢測領域，為一種基于微分干擾補償的瞬態電磁流量變送器。針對電磁流量計的瞬態測量過程，提出微分干擾補償的處理方法，研制基于微分干擾補償的瞬態電磁流量變送器，實時實現測量方法。瞬態測量系統包括勵磁驅動模塊、信號調理采集模塊、人機接口模塊、存儲模塊、輸出模塊、通訊模塊以及軟件處理模塊。勵磁驅動模塊激勵勵磁線圈產生感應磁場；信號調理采集模塊利用兩片ADC同步采樣信號電壓和勵磁電流，并將采樣結果送入DSP；在DSP中，實時實現基于微分干擾補償的處理方法，計算得到瞬時和累積流量。本發明系統利用電磁流量計的瞬態勵磁過程進行測量，降低了勵磁功耗，而且，提出的瞬態測量方法具有良好的實時性和準確度。

技術領域

本發明涉及流量檢測領域，為一種基于微分干擾補償的瞬態電磁流量變送器，特別是一種利用勵磁電流的瞬態過程進行測量，采用微分干擾補償方法實時處理的測量系統。

背景技術

電磁流量計是一種基于電磁感應定律測量導電液體體積流量的儀表，被廣泛地應用于各種導電液體的流量測量。目前電磁流量計大多采用低頻矩形波或三值波勵磁，穩態勵磁電流為一百到幾百毫安，并且需要保持足夠時間的穩定段，以使傳感器輸出信號獲得較長時間的平穩段，保證其測量精度。例如，采用高低壓電源切換勵磁控制系統，高壓為80V，低壓為17V，穩態電流約為180mA，在勵磁電流上升過程中使用高壓源激勵，電流在穩態時切換為低壓源，以使勵磁電流快速進入穩態(許偉等.高低壓電源切換勵磁控制系統的參數計算和方案改進,電子測量與儀器儀表學報,2015，29(6)：887-894)。這導致電磁流量計功耗大，發熱比較嚴重，影響其使用壽命；同時，也不利于電磁流量計的低功耗實現。

為了降低勵磁功耗，中國計量學院的劉鐵軍等在《中國計量學院學報》上發表了“新型低功耗電磁流量計設計”論文(2013，24(3):243-247)。山東大學的杜清府等在《儀表技術與傳感器》上發表了“低功耗電磁流量計的設計與實現”論文(2015，(3):25-27)。這兩篇文獻均采用了降低勵磁電壓和間歇勵磁的方式。雖然可以降低電磁流量計的功耗，但是，降低勵磁電壓影響電磁流量計的響應速度；間歇勵磁的實時性較差，測量準確度也有所降低。

國外學者Michalski A等在IEEE Instrumentation&Measurement Magazine上發表了“The Problems of Pulse Excitation in Electromagnetic Flowmeters”論文(2013,16(5):47-52)。該文獻對勵磁電流的瞬態過程進行了研究。相比穩態測量，瞬態測量時勵磁電流不需要進入穩態，勵磁時間短，也不需要恒流源來維持勵磁電流的穩定段，可有效地降低功耗。但是，瞬態過程中的勵磁電流和信號電壓都處于動態變化過程，而且微分干擾不可忽略，這造成信號電壓的幅值同時受到流量和時間的影響，信號電壓和流量之間的關系難以確定。對于這一問題，該文獻先通過最小二乘法求解輸出電壓兩個指數項的系數，再利用得到的系數間接求得與流速對應的結果，并通過對離線數據處理，驗證了瞬態測量的可行性。但是，該方式求解過程較為復雜，不利于實時實現。

發明內容

本發明為了解決上述問題，采取以下技術方案：針對電磁流量計的瞬態測量過程，研究了動態變化的勵磁電流和信號電壓，通過分析瞬態時信號電壓的兩個組成部分，提出微分干擾補償的處理方法，對信號電壓進行微分干擾補償，確定電壓在干擾補償后除以勵磁電流的結果與流量之間的關系；并在勵磁電壓為7V，勵磁頻率為1Hz，半周期勵磁時間為8ms的情況下(此時與間歇勵磁方式在相同時間內的勵磁工作時間相當；信噪比相對較好)，采集電壓和電流數據進行離線驗證。然后，以DSP(數字信號處理器)為核心，研制基于微分干擾補償的瞬態電磁流量變送器，實時實現瞬態測量方法。