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<Y3，则取Y2为本次采样有效信号。中值滤波对偶然因素引起的脉冲性干扰十分有效。对缓慢变化的过程参数采用此法有良好的效果，但不宜用于快速变化的过程参数。
   (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：