CN102435239B - 自动零点的电磁流量计信号处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动零点的电磁流量计信号处理方法及系统，本发明是在电磁流量计由励磁电流I产生磁场B的工作过程中不间断地插入励磁电流I=0的工作时段，利用I=0使磁场B=0下的流速感应电势E=0的特点，将此时信号放大单元的输出信号U作为信号零点Z值进行动态检测，使可以用消除了动态零点Z值的数据来对实际流速V值的进行精确估计。显然，本发明不但能消除零点变化对流速V测量的影响，而且实现了信号零点的自动校正，可以使新装入工艺管道上的电磁流量计可直接投入运行，而不必先要在流速V=0的条件下先作零点调整等操作。使电磁流量计的使用性能大大提高。同时，又可根据信号零点Z值的变化来对传感器感应电势对称性能的变化进行度量与指示，以诊断传感器的电极污染或绝缘性能等的变化情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动零点的电磁流量计信号处理方法及系统。
技术背景
电磁流量计是以法拉第电磁感应定律为原理的流量测量仪表。电磁流量计的传感器测量管道P中有磁场B，当测量管道P中的流体有流速V时,在传感器两测量电极上理论有感应电势e=K×B×V，其中K是一个系数。事实上，电磁流量计及其传感器、信号放大单元和信号处理单元与任何电子信号处理系统一样，都存在信号的零点问题。如2006年化学工业出版社的《新型流量检测仪表》P48页所描述的，在实际传感器上得到信号是E=K×B×V+E0，其中E0是传感器具有的零点。由于电磁流量计存在测量信号的零点问题，就会带来零点调整和校正问题。如在2004年中国石油出版社的《电磁流量计》P304页所描述，仪表投入运行前，传感器必须充满实际测量介质，通电后在静止状态下作零点调整。目前，常用的电磁流量计的信号零点处理方法是，先使传感器测量管道P中的流体流速V=0，并让电磁流量计信号处理单元确认得到的信号测量值是一个零点Z值来保存。此后，电磁流量计的信号处理单元总是将得到的信号测量值减去一个固定零点Z值，据此来估计实际流速V值。显然，一个要测量管道流速V的电磁流量计必须要先让管道流速V=0，先作零点调整使信号处理单元确认得到的信号X值是一个零点Z值来保存，然后才能让仪表投入实际运行。而且，总是要假设电磁流量计的零点基本不变或零点变化可以忽略。
在许多实际应用过程中，电磁流量计的零点值都会发生一些不可忽略的变化。已有的电磁流量计零点处理技术中，已有相关专利为解决电磁流量计的零点漂移对电磁流量计信号放大过程的影响，如有英国专利GB2183343A，美国专利4651286，中国专利ZL99113868.6和专利CN1719202A等。同时，当电磁流量计的传感器有电极污染和系统接地变化等因素就将会使零点Z值发生较大的变化，这样就使采用固定零点Z值的电磁流量计会导致得出的流速V值具有不可容忍的误差。如管道流速为零时而电磁流量计的流速信号测量值不为零等。因此，零点的动态检测与自动校正已成为提高电磁流量计性能的重要技术之一。
发明内容
本发明的目的主要是提供一种自动零点的电磁流量计信号处理方法及系统，为消除零点变化对电磁流量计使用性能的影响。
为了达到上述目的，本发明的构思是：
本发明是在电磁流量计由励磁电流I产生磁场B的工作时段中不间断地插入励磁电流I=0的工作时段，利用I=0使磁场B=0下流速感应电势E=0的特点，将此时信号放大单元的输出信号U作为信号零点Z值进行动态检测，使在励磁磁场B下对流速感应电势E的信号测量值可消除实际信号零点Z值，实现对流速V值的精确估计。显然，本发明不但能消除零点变化对流速V测量的影响，而且实现了信号零点的自动校正，可以使新装入工艺管道上的电磁流量计可直接投入运行，而不必先要在流速V=0的条件下先作零点调整等操作。使电磁流量计的使用性能大大提高。同时，又可根据信号零点Z值的变化来对传感器感应电势对称性能的变化进行度量与指示，以诊断传感器的电极污染或绝缘性能等的变化情况。
根据上述发明构思，本发明采用以下技术方案：
一种自动零点的电磁流量计信号处理方法，采用的电磁流量计信号处理系统，包括一个传感器、一个励磁驱动单元、一个信号放大单元、一个信号处理单元和一个时序控制单元；其特征在于：使所述的励磁驱动单元按时序控制单元的时序S输出励磁电流I使所述的传感器内产生励磁磁场B；由流速V的被测流体从传感器流过使传感器输出感应电势信号E，信号放大单元将感应电势信号E放大后输出信号U=X，由信号处理单元采集信号U=X值来估计流过传感器中的流体流速V值；由所述的时序控制单元的时序S中不间断的插入工作时段T，在这个工作时段T中励磁驱动单元的励磁电流I=0使传感器内不产生励磁磁场B，并把信号处理单元采集的信号放大单元输出信号U值作为当前信号X中的零点Z值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法中，所述的信号处理单元根据在时序S下采集的信号X值和在时序T下采集的信号Z值，计算得出Y=X-Z，信号处理单元即用消除了当前信号零点Z值的Y值来估计传感器流过的流体流速V值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法中，所述的时序控制单元的时序S和时序T，总使信号处理单元在工频周期的相同相位下分别采集信号X值和采集信号Z值，使信号处理单元得出Y=X-Z值时消除了工频干扰的影响。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法中，所述的信号处理单元以Z值的相对变化量来度量与指示传感器感应电势对称性能的相对变化。
一种自动零点的电磁流量计信号处理系统， 用于上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法，包括一个传感器、一个励磁驱动单元、一个信号放大单元、一个信号处理单元和一个时序控制单元；其特征在于所述传感器的输出经所述的信号放大单元后输出到所述信号处理单元，信号处理单元经所述的时序控制单元连接所述励磁驱动单元，由励磁驱动单元输出励磁电流I使传感器内产生励磁磁场B；所述的时序控制单元输出时序S让励磁驱动单元分成工作时段S1和S2分别用I=I1的恒电流和用I= I2=- I1的恒电流进行正反向恒流励磁方式工作，使所述的传感器内分别产生正向磁场B的和反向磁场B，流速V的被测流体从传感器流过使传感器分别输出感应电势信号E=E1和E= E2，对应信号放大单元的输出信号U分别是X1和X2，信号处理单元分别采集信号X1和信号X2值，并用X= X1- X2值来估计在传感器流过的流体流速V值；其特征在于所述的时序控制单元的时序S中不间断的插入工作时段T，在时序T中让励磁驱动单元保持励磁电流I=0使所述的传感器内不产生的励磁磁场B，并将时序T中分成工作时段T1和T2，对应信号放大单元的输出信号U分别是Z1和 Z2；信号处理单元分别采集信号Z1和信号Z2值，并用Z= Z1- Z2值作为当前信号X中的零点Z值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理系统中，所述的信号处理单元在时序S下采集信号X1和信号X2值并得出的X= X1- X2值，在时序T下采集信号Z1和信号Z2值并得出的Z= Z1- Z2值；信号处理单元再计算得出Y=X-Z，并用消除了当前信号零点Z值的Y值来估计传感器流过的流体流速V值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理系统中，所述的时序控制单元时序S的工作时段S1和S2中，使信号处理单元在相同的工频周期相位下分别采集信号X1和信号X2值，有X= X1- X2值消除了工频干扰的影响；所述的时序控制单元时序T的工作时段T1和T2中，使信号处理单元在相同的工频周期相位下分别采集信号Z1和信号Z2值，有Z= Z1- Z2值消除了工频干扰的影响；这样使信号处理单元用Y=X-Z值估计传感器流过的流体流速V值时也消除了工频干扰的影响。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理系统中，所述的信号处理单元以Z值的相对变化量来度量与指示传感器感应电势对称性能的相对变化，可有相对变化率Δ来表示：
其中，Zmin是信号处理单元得到的Z值中的最小值。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明不但能消除零点变化对流速V测量的影响，而且实现了信号零点的自动校正，可以使新装入工艺管道上的电磁流量计可直接投入运行，而不必先要在流速V=0的条件下先作零点调整等操作。使电磁流量计的使用性能大大提高。同时，又可根据信号零点Z值的变化来对传感器感应电势对称性能的变化进行度量与指示，以诊断传感器的电极污染或绝缘性能等的变化情况。
附图说明
图1是本发明的一个实施例结构原理框图。
图2是一个以正反向恒流励磁方式工作的自动零点的电磁流量计信号处理系统信号关系图。
图3是一个在N个时序S下插入一个时序T方式的时序关系示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例如下述：参见图1、图2和图3。
实施例一
参见图1，自动零点的电磁流量计信号处理方法，采用的处理系统包括一个传感器1、一个励磁驱动单元2、一个信号放大单元3、一个信号处理单元4和一个时序控制单元5；使所述励磁驱动单元2按时序控制单元5的时序S输出励磁电流I使所述的传感器1内产生励磁磁场B；由流速V的被测流体从传感器1流过使传感器1输出感应电势信号E，信号放大单元3将感应电势信号E放大后输出信号U=X，由信号处理单元4采集信号U=X值来估计流过传感器1中的流体流速V值；其特征在于所述的时序控制单元5的时序S中不间断的插入工作时段T，在这个工作时段T中励磁驱动单元2的励磁电流I=0使传感器1内不产生励磁磁场B，并把信号处理单元4采集的信号放大单元3输出信号U值作为当前信号X中的零点Z值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法中，所述的信号处理单元4根据在时序S下采集的信号X值和在时序T下采集的信号Z值，计算得出Y=X-Z，信号处理单元4即用消除了当前信号零点Z值的Y值来估计传感器1流过的流体流速V值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法中，所述的时序控制单元5的时序S和时序T，总使信号处理单元4在工频周期的相同相位下分别采集信号X值和采集信号Z值，使信号处理单元4得出Y=X-Z值时消除了工频干扰的影响。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法中，所述的信号处理单元4以Z值的相对变化量来度量与指示传感器1感应电势对称性能的相对变化。
实施例二
参见图1，自动零点的电磁流量计信号处理系统， 用于上述的自动零点的电磁流量计信号处理方法，包括一个传感器1、一个励磁驱动单元2、一个信号放大单元3、一个信号处理单元4和一个时序控制单元5。所述的传感器1的输出经所述的信号放大单元3后输出到所述信号处理单元4，信号处理单元4经所述的时序控制单元5连接所述励磁驱动单元2，由励磁驱动单元2输出励磁电流I使传感器1内产生励磁磁场B；所述的时序控制单元5输出时序S让励磁驱动单元2分成工作时段S1和S2分别用I=I1的恒电流和用I= I2=- I1的恒电流进行正反向恒流励磁方式工作，使所述的传感器1内分别产生正向磁场B的和反向磁场B，流速V的被测流体从传感器1流过使传感器1分别输出感应电势信号E=E1和E= E2，对应信号放大单元3的输出信号U分别是X1和X2，信号处理单元4分别采集信号X1和信号X2值，并用X= X1- X2值来估计在传感器1流过的流体流速V值。其特征在于所述的时序控制单元5的时序S中不间断的插入工作时段T，在时序T中让励磁驱动单元2 保持励磁电流I=0使所述的传感器1内不产生的励磁磁场B，并将时序T中分成工作时段T1和T2，对应信号放大单元3的输出信号U分别是Z1和 Z2；信号处理单元4分别采集信号Z1和信号Z2值，并用Z= Z1- Z2值作为当前信号X中的零点Z值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理系统中，所述的信号处理单元4在时序S下采集信号X1和信号X2值并得出的X= X1- X2值，在时序T下采集信号Z1和信号Z2值并得出的Z= Z1- Z2值；信号处理单元4再计算得出Y=X-Z，并用消除了当前信号零点Z值的Y值来估计传感器1流过的流体流速V值。
图2所示的自动零点的电磁流量计信号处理系统信号关系图。即是一种在正反向恒流励磁方式工作下，以工频周期为基础的电磁流量计信号处理系统的信号基本关系：时序控制单元5时序S和时序T、励磁驱动单元2励磁电流I、信号放大单元3输出信号U的一种关系。
一般假定工作时段S1和S2中流速V不变，则E= E2=- E1，U=X2=- X1，X=X1- X2=2 X1值。即信号处理单元4是用Y=2 X1-Z值来估计在传感器(1)流过的流体流速V值。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理系统中，所述的时序控制单元5时序S的工作时段S1和S2中，使信号处理单元4在相同的工频周期相位下分别采集信号X1和信号X2值，有X= X1- X2值消除了工频干扰的影响；所述的时序控制单元5时序T的工作时段T1和T2中，使信号处理单元4在相同的工频周期相位下分别采集信号Z1和信号Z2值，有Z= Z1- Z2值消除了工频干扰的影响；这样使信号处理单元4用Y=X-Z值估计传感器1流过的流体流速V值时也消除了工频干扰的影响。
在图2中，信号处理单元4都是以A时间来采集信号X1值、信号X2、信号Z1和信号Z2值。这样，用Y=X-Z值时已更好地消除了工频干扰的影响。
在上述的自动零点的电磁流量计信号处理系统中，所述的信号处理单元4以Z值的相对变化量来度量与指示传感器1感应电势对称性能的相对变化，可有相对变化率Δ来表示：
其中，Zmin是信号处理单元4得到的Z值中的最小值。
显然，自动零点的电磁流量计信号处理方法与系统也可以在N个时序S下插入一时序T方式来运行。图3是一个示意性的时序关系图。
Claims (8)
1.一种自动零点的电磁流量计信号处理方法，采用的电磁流量计信号处理系统，包括一个传感器(1)、一个励磁驱动单元(2)、一个信号放大单元(3)、一个信号处理单元(4)和一个时序控制单元(5)；其特征在于具体操作如下：使所述的励磁驱动单元(2)按时序控制单元(5)的时序S输出励磁电流I使所述传感器(1)内产生励磁磁场B；由流速V的被测流体从传感器(1)流过使传感器(1)输出感应电势信号E，由信号放大单元(3)将感应电势信号E放大后输出信号U=X，由信号处理单元(4)采集信号U=X值来估计流过传感器(1)中的流体流速V值；所述的时序控制单元(5) 的时序S中不间断的插入时序T，在这个时序T中励磁驱动单元(2)的励磁电流I=0使传感器(1)内不产生励磁磁场B，并把信号处理单元(4)采集的信号放大单元(3)输出信号U值作为当前信号X中的零点Z值。
2.根据权利要求1所述的自动零点的电磁流量计信号处理方法，其特征在于所述的信号处理单元(4)根据在时序S下采集的信号X值和在时序T下采集的信号Z值，计算得出Y=X-Z，信号处理单元(4)即用消除了当前信号零点Z值的Y值来估计传感器(1)流过的流体流速V值。
3.根据权利要求1所述的自动零点的电磁流量计信号处理方法，其特征在于所述的时序控制单元(5)的时序S和时序T，总使信号处理单元(4) 在工频周期的相同相位下分别采集信号X值和采集信号Z值，使信号处理单元(4)得出Y=X-Z值时消除了工频干扰的影响。
4.根据权利要求1所述的自动零点的电磁流量计信号处理方法，其特征在于所述的信号处理单元(4)以Z值的相对变化量来度量与传感器(1)感应电势对称性能的相对变化。
5.一种自动零点的电磁流量计信号处理系统，用于权利要求1所述的自动零点的电磁流量计信号处理方法， 包括一个传感器(1)、一个励磁驱动单元(2)、一个信号放大单元(3)、一个信号处理单元(4)和一个时序控制单元(5)，其特征在于所述传感器(1)的输出经所述的信号放大单元(3)后输出到所述信号处理单元(4)，信号处理单元(4)经所述的时序控制单元(5)连接所述励磁驱动单元(2)，由励磁驱动单元(2) 输出励磁电流I使传感器(1) 内产生励磁磁场B；所述的时序控制单元(5)输出时序S让励磁驱动单元(2) 分成工作时段S1和S2分别用I=I1的恒电流和用I= I2=- I1的恒电流进行正反向恒流励磁方式工作，使所述的传感器(1)内分别产生正向磁场B的和反向磁场B，流速V的被测流体从传感器(1)流过使传感器(1)分别输出感应电势信号E=E1和E= E2，对应信号放大单元(3) 的输出信号U分别是X1和X2，信号处理单元(4)分别采集信号X1和信号X2值，并用X= X1- X2值来估计在传感器(1)流过的流体流速V值；其特征在于所述的时序控制单元(5)的时序S中不间断的插入时序T，在时序T中让励磁驱动单元(2) 保持励磁电流I=0使所述的传感器(1)内不产生的励磁磁场B，并将时序T中分成时序T1和T2，对应信号放大单元(3)的输出信号U分别是Z1和 Z2；信号处理单元(4)分别采集信号Z1和信号Z2值，并用Z= Z1- Z2值作为当前信号X中的零点Z值。
6.根据权利要求5所述的自动零点的电磁流量计信号处理系统，其特征在于所述的信号处理单元(4)在时序S下采集信号X1和信号X2值并得出的X= X1- X2值，在时序T下采集信号Z1和信号Z2值并得出的Z= Z1- Z2值；信号处理单元(4)再计算得出Y=X-Z，并用消除了当前信号零点Z值的Y值来估计传感器(1)流过的流体流速V值。
7.根据权利要求5所述的自动零点的电磁流量计信号处理系统，其特征在于所述的时序控制单元(5)时序S的工作时段S1和S2中，使信号处理单元(4) 在相同的工频周期相位下分别采集信号X1和信号X2值，有X= X1- X2值消除了工频干扰的影响；所述的时序控制单元(5)时序T的时序T1和T2中，使信号处理单元(4) 在相同的工频周期相位下分别采集信号Z1和信号Z2值，有Z= Z1- Z2值消除了工频干扰的影响；这样使信号处理单元(4)用Y=X-Z值估计传感器(1)流过的流体流速V值时也消除了工频干扰的影响。
8.根据权利要求5所述的自动零点的电磁流量计信号处理系统，其特征在于所述的信号处理单元(4)以Z值的相对变化量来度量与指示传感器(1)感应电势对称性能的相对变化，可有相对变化率Δ来表示：
其中，Zmin是信号处理单元(4)得到的Z值中的最小值。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20121219 |