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电磁流量计输入输出数据处理方法分析

2024/7/3 4:44:01发布55次查看
电磁流量计输入输出数据处理方法分析电磁流量计输入输出数据处理方法分析
由于流量仪表采集到的数据与实际流量值间只有线性的对应关系,它们的单位并不相同,流量仪表不能将采集到的数据直接作瞬时流量数据使用,必须对其进行必要的转化。此模块就是用来将采集到的数据转化为流量数据,其流程如图2.8所示。由于外界随机干扰的影响,系统采集到的数据有时也会随机偏离实际的流量值。为了得到准确的数据,系统对数据进行处理前采用了数字滤波来滤除干扰的影响。此外,为了消除测量信号与实际流量值间非线性误差的影响,我们对采集到的数据实施了非线性补偿。图2.8流量转化流程图
1.小信号切除处理
在流量计的实际计量过程中,往往存在以下现象:在无流速时,外界振动等信号容易作用于传感器,引入“误流量”信号,这种信号低于仪表的计量下限,但也被累积。而在流体正常流过时,这种弱信号被淹没,并不影响计量。为了避免“误流量信号的出现,我们在低于下限范围内设置“切除信号’’。当测量信号低于该信号时,认为是“误流量信号,瞬时流量应当零处理,累积流量不累积;当引入信号高于该信号时,才被认为是正常流量信号。图2.8中有一部分小信号切除子流程图,取一个接近零的常数k,当流速的值小于k值时,把它当作零处理;反之,取当前流速的值。也即流速的下限值就是k。
2.滤波处理
数字滤波实际上是一种程序滤波。它通过一定的计算程序,减少干扰在有用信号中的比重。与常规的硬件模拟滤波器相比,有以下几个优点:
(1)因为用程序滤波,无需硬件设备,且可多通道共享一个滤波器;
(2)由于不用硬件设备,各回路间不存在阻抗匹配等问题,故可靠性高, 稳定性好;
(3)可以对频率很低的信号滤波,克服了模拟信号滤波的缺陷。且可根据需要选择不同的滤波方式,或改变滤波器的参数。因此数字滤波得到了广泛利用。
数字滤波主要有以下几种方法:
(1)程序判断滤波
当采样信号由于随机干扰、误检测或变送器不稳定引起严重失真时,可采用程序判断滤波。程序判断滤波是根据生产经验,确定出两次连续采样输入信号可能出现的偏差,若超过此偏差值,认为是虚假的干扰信号应该去掉, 否则保留该采样值。基本程序是比较判断,其中还可分为限幅和限速两种方法。
(2)中值滤波
中值滤波是对连续采样输入的三个信号进行比较后取中间值。设三次采样输入分别为yl,y2,y,,若y。-.g y2 (3)算术平均值滤波算术平均值滤波是寻找一个y值,使该值与各采样值间的误差的平方和为最小,即广n ] 广n ] e=minlσe:i=miniσ(y-xk)2 l ik=l j ik=l j 由一元函数求极值的原理可以求得y=准xt] 式中x。为第k次采样值,为采样次数;y为n次采样的算术平均值。显然,n 越大,结果越准确,但计算时间也越长。算术平均值滤波将n次采样值同等对待,这就削弱了当前采样值在程序中的比重,有时为了提高滤波效果,将各次采样值取不同的比例系数,然后再相加, 这种方法又常被称为加权平均滤波,其运算表达式为县y 2己cixi 式中c;为比例系数,它应该满足σc;=1,一般情况下,采样次数越靠后, c;取的比例越大,这样可提高新近采样平均值中的比重。
(4)一阶惯性滤波程序
无源滤波器rc电路是模拟量输入通道常用的滤波方法,但对于低频干扰却因为rc参数难以实现,往往不能取得良好的效果。而一阶惯性滤波是一种以数字形式实现低通滤波的动态滤波法。在滤波时间常数要求较大的场合,这种方法尤为实用。己知rc低通滤波器的滤波常数为g(s)=y(s)/x(s)=1/(tf+1) 其中,l=rc为低通滤波器的时间常数。将上式离散后可得yk 2【1一口.)),k—l+口xk 这就是一阶惯性滤波的数字表达式。yk,y¨分别为第k次及k一1次采样滤波后滤波器输出值,滤波系数口=1一e一咖,t为采样周期,当t远小于tf时, 口=t/tf。在程序滤波时,可通过实验选择适当的l值,直到被检测的信号不产生明显的纹波为止。通过对上面几种数字滤波方法的分析和探讨,我们发现平均值滤波方法适用于对流量信号的平滑处理。流量信号总是在某一数值范围内上下波动,有一个平均值存在,采样一点是不准确的,平滑程度取决于n,随着n增大,平滑度提高,但响应速度降低。
为了进一步提高滤波效果,我们采用一种新的滤波方法,即将中值滤波法和平均值滤波法相结合,这种滤波方法称为复合滤波。其设计思想是:连续采样n次,把采样值按顺序排队,去掉值和最小值后,把n.2次采样求平均值。这样既可以去掉脉冲性干扰,又可以慢随机起伏信号滤掉。
小结
本章对智能电磁流量计的基本原理进行了介绍。通过对电磁流量计开发所涉及到的关键技术的分析、研究、比较和论证,确定了系统开发所采用的技术实施方案,为系统设计奠定了基础。本章为电磁流量计系统设计工作的展开奠定了基础。--扩展阅读:开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品,更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站:
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