一种电磁流量计信号处理方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及流体流量测量技术领域，尤其涉及一种电磁流量计信号处理方法及装置。
【背景技术】
[0002]电磁流量计(Electromagnetic Flow Meter，简称EMF)是20世纪50?60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是应用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。
[0003]当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。感应电势的方向由右手定则判定，感应电势的大小由下式确定:
[0004]E=KXBXDXv (I)
[0005]式(I)中，E为感应电势、K为与磁场分布及轴向长度有关的系数(即电磁流量计的仪表常数)、B为磁感应强度、V为导电流体平均流速、D为电极间距(即测量管内直径)。由此可得管道的体积流量为:
[0006]Qv = jtED/4KB (II)
[0007]由上式(II)可见，体积流量Qv与感应电势E和测量管内径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。这就是电磁流量计的测量原理。
[0008]理论上在管道里介质的平均流速为零的条件下，采集到的感应电势E也为零，但是由于流体接近零点时，电磁流量传感器输出信号中含有大量的噪声:微分干扰、同相干扰，极化干扰、流动噪声、浆液噪声，串模干扰、共模干扰。这使低流速下的感应电势信号完全淹没在噪声信号之中，以至于难以区分零点和小于0.25m/s甚至0.5m/s流速下的信号。
[0009]针对上述技术问题，在现有技术中通常采取以下四种方案改善电磁流量计性能:
[0010]I)通过增加电磁流量计的励磁电流来增强磁感应强度B，进而提高被测的感应电势E;
[0011]2)通过缩径来提高流过测量管道里介质的平均流速V，提高被测的感应电势E;
[0012]3)单独对零点进行测量，然后存储在仪表非易失存储器内，应用中实时比较当前零点值与之前存储的零点值之差是否超出预设的阈值，来确定实时零点的有效性；
[0013]4)在三值矩形波励磁中，利用励磁电流I = O时B = O的工作时段，流速感应电势E =O的特点，将此时信号放大单元的输出信号U作为信号零点值进行检测，是可以消除零点值的数据来对实际流速进行的精确估计。
[0014]然而，上述现有技术方案分别存在以下技术问题:
[0015]I)如果通过增加励磁电流来增加磁感应强度B，一方面线圈有内阻，会增加线包的发热量，降低传感器的使用寿命，另一方面改变磁感应强度引起GK = K X B X D的变化，而GK是在出厂之前标定好的，不能因为现场干扰或者介质电导率低而改变；
[0016]2)通过缩小管径D提高检测管道里流体流速来提高感应电势E，可以提高低流速到更高流速。这会增加管道的仪表匹配变径管道成本，同时会增加输送通道的压损，因此增加带来持续的生产成本。而低流速条件下，缩小管径的管道对于某些应用场合会不适用；
[0017 ] 3)通过阈值的范围来判断当前的感应电势是否处在零流速条件下的E的算法，本身就损失一部分有效的低流速的测量，因此在一定范围内不能解决低流速的测量问题；
[0018]4)在零点附近，因为前端运放的小信号处理能力有限，以及小信号(大约在几百UV以内级别)特有的信噪比很低，造成较小的流量信号，被零点附近的噪声信号所覆盖，从而无法准确区分小流量与真正的零点。因此，当前流量行业仪表的基本做法，只能用提高零点流量读数输出的阈值，对0.5m/s以下，甚至0.25m/s以下的流量，不使读数显示出来。
[0019]可见，现有技术中存在如下技术问题:在保证精度的要求下，电磁流量计可测量流量下限很高，使得在一些低速场合应用受到明显限制的技术问题。
【发明内容】
[0020]本发明针对现有技术中存在的如下技术问题:在保证精度的要求下，电磁流量计可测量流量下限很高，使得在一些低速场合应用受到明显限制的技术问题，提供一种电磁流量计信号处理方法及装置，使得电磁流量计能够测量流体小于0.5m/s的低流速，提高了电磁流量计测量的量程比。
[0021]—方面，本发明方案提供了一种电磁流量计信号处理方法，用于测量管道中流体流量，包括以下步骤:
[0022]S1、在所述电磁流量计工作时，获取所述电磁流量计的电极间的感应电势信号；
[0023]S2、判断所述感应电势信号是否大于预设电压值，获得判断结果；
[0024]S3、当所述判断结果为否时，获取偏置电压信号，并将所述偏置电压信号耦合到所述感应电势信号上，以获得电压耦合信号；
[0025]S4、基于所述电压耦合信号和所述偏置电压信号计算管道中流体流量。
[0026]可选的，在所述步骤S2之后，所述信号处理方法还包括步骤:
[0027]S5、当所述判断结果为是时，基于所述感应电势信号计算管道中流体流量。
[0028]可选的，在所述步骤S3中，通过数模转换器生成并输出所述偏置电压;所述偏置电压与所述电磁流量计的励磁信号同步。
[0029]可选的，所述步骤S3还包括:
[0030]在获得电压耦合信号后，动态调节所述偏置电压信号，以使所述电压耦合信号的信噪比满足预设要求。
[0031]可选的，所述预设电压值为管道中流体以预设流速切割磁力线所产生的感应电势。
[0032]另一方面，本发明方案还提供了一种电磁流量计信号处理装置，用于测量管道中流体流量，包括:
[0033]感应电势获取单元，用于在所述电磁流量计工作时，获取所述电磁流量计的电极间的感应电势信号；
[0034]判断单元，用于判断所述感应电势信号是否大于预设电压值，获得判断结果；
[0035]电压耦合信号获取单元，用于当所述判断结果为否时，获取偏置电压信号，并将所述偏置电压信号耦合到所述感应电势信号上，以获得电压耦合信号；
[0036]第一流体流量计算单元，用于基于所述电压耦合信号和所述偏置电压信号计算管道中流体流量。
[0037]可选的，所述信号处理装置还包括:
[0038]第二流体流量计算单元，用于在所述判断单元判断获得所述感应电势信号大于所述预设电压值时，基于所述感应电势信号计算管道中流体流量。
[0039]可选的，所述电压耦合信号获取单元具体通过数模转换器生成并输出所述偏置电压;所述偏置电压与所述电磁流量计的励磁信号同步。
[0040]可选的，所述电压耦合信号获取单元还用于在获得电压耦合信号后，动态调节所述偏置电压信号，以使所述电压耦合信号的信噪比满足预设要求。
[0041]可选的，所述预设电压值为管道中流体以预设流速切割磁力线所产生的感应电势。
[0042]本发明方案提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0043I由于在本发明方案中，在处理电磁流量计信号时，首先，在所述电磁流量计工作时，获取所述电磁流量计的电极间的感应电势信号;接着，判断所述感应电势信号是否大于预设电压值，获得判断结果；当所述判断结果为否时，获取偏置电压信号，并将所述偏置电压信号耦合到所述感应电势信号上，以获得电压耦合信号;之后，基于所述电压耦合信号和所述偏置电压信号计算管道中流体流量。也就是说，电磁流量计在低流速测量条件下，通过在传感器信号电极接口电路引入偏置电压，来解决现有技术中在保证精度的要求下，电磁流量计可测量流量下限很高的技术问题，扩展了电