基于低频矩形波励磁电磁流量计的研究

摘要

电磁流量计是一种基于法拉第电磁感应定律的速度式流量计，广泛应用于不同工业领域。励磁方式和信号处理技术一直是决定电磁流量计测量精确度和零点稳定性的重要因素。目前市场上使用的矩形波励磁电磁流量计，虽然能克服直流励磁产生的电极极化效应，以及工频正弦波励磁产生的微分干扰及同相干扰，但由于电平突变和较高的励磁频率，使得这种励磁方式依然会产生较强的微分干扰和同相干扰，特别在流速较小的情况下，干扰所占比重较大，导致测量精确度下降，零点稳定性差。
　　针对以上问题，为提高矩形波励磁的测量精确度，作者提出一种基于低频率矩形波励磁的信号处理方法，即采用低频矩形波信号励磁，在信号流出传感器时，对信号进行滤波预处理，将经过预处理的信号放大后，再送入高低通滤波器，滤除信号中存在的高频和低频干扰后再进行采样收集，降低干扰在信号中的比重，从而提高测量精确度和零点稳定性。
　　基于以上认识，本文在系统设计中，主要工作如下:
　　1.通过查阅国内外相关资料文献，仔细研究电磁流量计的基本工作原理，提出低频矩形波励磁方式的信号处理方法。
　　2.对信号处理方法进行仿真分析，为系统硬件设计提供理论指导;将作者提出的信号处理方法通过硬件实现，完成基于MSP430单片机的低频矩形波励磁系统的硬件电路设计。
　　3.对流量计励磁系统进行ANSYS有限元分析，证明硬件系统在原理上的正确性;基于硬件设计，对低频矩形波励磁方式进行试验比较，通过比较不同励磁频率和不同采样方式下流量值的相对误差，验证较低频率矩形波励磁，在提高电磁流量计测量精确度方面能达到较好的效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．1．1 电磁流量计的发展

1．1．2 电磁流量计特点

1．1．3 电磁流量计技术革新

1．2 电磁流量计的励磁技术

1．2．1 直流励磁

1．2．2 交流励磁

1．2．3 低频矩形波励磁

1．2．4 高频和可编程脉宽矩形波励磁

1．2．5 双频励磁

1．3 本文主要研究内容

第2章 电磁流量计工作原理及分析

2．1 法拉第电磁感应定律

2．2 电磁流量计电极间信号模型

2．2．1 流量信号

2．2．2 正交干扰电压

2．2．3 同相干扰电压

2．2．4 串模干扰电压

2．2．5 共模干扰电压

2．2．6 直流干扰电压

2．3 电磁流量计励磁方式的选择

2．3．1 电磁流量计励磁方式的选择

2．3．2 电磁流量计励磁频率的选择

2．4 本章小结

第3章 低频矩形波信号处理方法的研究

3．1 流量信号的数学模型

3．2 低频矩形波信号处理

3．2．1 低频矩形波信号产生分析

3．2．2 低频矩形波信号仿真分析

3．3 本章小结

第4章 低频矩形波电磁流量计总体设计

4．1 电磁流量计的总体设计框架

4．2 电源系统的设计

4．3 MCU系统的设计

4．4 励磁系统电路设计

4．5 励磁信号处理系统

4．6 测量系统的软件

4．7 本章小结

第5章 系统仿真及实验分析

5．1 电磁流量计励磁系统仿真

5．1．1 励磁系统的建模

5．1．2 有限元仿真分析

5．1．3 感应电动势计算

5．1．4 仿真实验分析

5．2 实验测量分析

5．2．1 实验装置

5．2．2 标定方法

5．2．3 不同励磁频率对比实验

5．2．4 不同采样方式对比实验

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果