澳门新浦京8814com-威尼斯欢乐娱人成app

压力变送器,差压变送器,液位变送器,温度变送器

电容式液位计投入式液位计料位开关音叉开关精密压力表射频导纳料位开关音叉液位开关不锈钢压力表阻旋料位开关热电偶温度计eja压力变送器手操器

磁致伸缩液位计信号调理电路设计与仿真分析

作时间:2018-06-11  来源: 郑州轻工业学院电气信息工程学院、河南省信息化电器重点实验室  编辑:曾   雷
   

 摘 要:为提高磁致伸缩液位计的信噪比和稳定性,消除杂波对液位计测量准确性的干扰,以量程小于2m的微型磁致伸缩液位计为研究对象,设计了二阶有源带通选频放大电路,并利用MultisimApp进行仿真分析,论证了该调理方案提高微型磁致伸缩液位计感应信号信噪比和抗干扰性的可行性。2L2压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器

 
引言
        随着现代电子技术的飞速发展,自动化程度越来越高,使得磁致伸缩液位传感器应运而生。该类型传感器技术新颖,相较于其它传感器减少了人工参与带来的随机误差,广泛应用于非接触、高精度、现场环境恶劣的场合[1-3]。感应信号是磁致伸缩液位传感器实现物位精确测量的根本,通常磁致伸缩液位传感器工作现场环境复杂,电磁干扰噪声较大,该噪声在波导丝上反射,被超声换能器拾取,在上位机上表现为测量数据失真或跳变。目前,针对该情况的解决方案是采用锗二极管限幅来滤除干扰杂波,然而对于感应信号质量和稳定性的优化等方面尚无探索。本文以量程小于2m微型磁致伸缩液位传感器感应信号为研究对象,设计了二阶有源带通选频放大电路。
 
1磁致伸缩液位传感器原理
        磁致伸缩液位传感器由金属电子仓、Fe-Ni合金波导丝、探测杆、衰减阻尼等组成(如图1所示)。液位传感器工作时,由脉冲发生电路产生一个周期性的大电流窄脉冲加载到波导丝上。由楞次定律可知,在驱动脉冲的作用下,周围空间会产生一个垂直于波导丝的环向磁场,环向磁场与活动磁铁产生的轴向磁场相遇时互相叠加产生螺旋形磁场。根据魏德曼效应[4-7],该螺旋形磁场使波导丝在活动永磁体处发生扭转形变,形成弹性机械波沿波导丝向两端传播,到达液位传感器底部的弹性机械波被衰减阻尼吸取,到达顶端的弹性机械波被超声换能器拾取。由维拉利效应[8-10]可知,波导丝形变会让磁致伸缩材料的磁导率发生改变。根据法拉第电磁感应定律,超声换能器可拾取变化的磁场产生的电压信号从而实现测量物位的目的。
磁致伸缩液位计结构图
2磁致伸缩液位传感器感应信号分析
        本文采用Tektronix企业生产的型号为TCS 2024C的示波器,其带宽为200MHz,采样率高达2GS/s,采样频率为100MHz,采样点数为10000个。观察超声换能器拾取信号经放大后的时域波形(如图2所示),发现感应信号混杂着干扰信号。经分析,可知感应信号是混频信号,目标信号主要集中在150kHz以下,50kHz附近达到峰值,同时还有一些高频干扰的成分,在示波器上表现为时域波形上的毛刺。这些噪声对感应信号的数字整形影响较大,严重影响了液位传感器测量的准确度和稳定性。
超声换能器拾取信号的时域波形图
3、二阶有源带通选频电路设计
        二阶有源带通选频电路如图3所示。设R2=2R,R3=R可导出该电路的传递函数为:
20180611131526.jpg
式中,AVF为同相比例放大电路的电压增益。为了使电路稳定工作,要求AVF<3。
二阶有源带通选频电路图20180611131700.jpg
        式(3)为二阶带通选频电路传递函数的表达式,其中ω0既是特征角频率,也是该带通选频电路的中心角频率。令s=jω,则有:
20180611131717.jpg
        由式(4)可知,当ω=ω0时,图4所示电路具有非常大电压增益。Q值越大,则通频带越窄,即选择性越好。一般将|A(jω)|下降至A0/槡2时所包含的频率范围定义为通带宽度,有:B=(3-AVF)ω0(5)
选频电路模型图
        由上述分析可知,磁致伸缩感应信号为交流信号,其中心频率为50kHz。试验中选用OP37A集成运算放大器进行信号处理,其带宽增益为60MHz,并具有优于一般运放的低噪声特点。设计方案如下。
        (1)技术参数:工作频率ω0为50kHz;-3dB频带宽不大于100kHz。
        (2)设计选频电路:OP37A开环增益大于120dB,输入阻抗ri为3GΩ,输出阻抗ro为70Ω。由于该电路工作于50kHz的固定频率附近,因此采用具有良好选频滤波效果的二阶带通选频电路,如图4所示。
        
        选频电路的闭环增益应满足:
20180611131816.jpg
4放大电路设计
        本文采用晶体管搭建负反馈放大电路,该电路将NPN晶体管的共发射极放大电路与PNP晶体管的共发射极放大电路串联,用电阻将反馈从电路的输出加到初级NPN晶体管的发射极[14]。设计方案如下:
        (1)技术参数:信号经选频电路后,幅值保持不变,输入10mV,输出大于2V。
20180611131846.jpg
        (2)设计负反馈放大电路:电源电压是15V,所以选择集电极-基极间非常大额定值VCBO与集电极-基极间非常大额定值VCEO在15V以上的晶体管。本文选用常规通用小信号晶体管2SC2240(东芝)和2SA1020(东芝))。放大电路模型如图5所示。
放大电路模型图
        (3)参数确定:设Q1发射极上所加的电压为2V(若不在1V以上,则发射极电流的温度稳定性变差)。忽略晶体管的基极电流,则IE1=IC1。令IE1=IC1=1mA,则有:
20180611131923.jpg
        R8的取值越大,Q1的共发射极电路的增益就越大,然而Q2的基极是直接连接到Q1的集电极上的,R8增大,其上的压降也变大,因此取R8上的压降IC1×R2=5V,则:
20180611131928.jpg
        令VBE=0.6V,则加在R4上的电压为4.5V。设Q2集电极电流IC2为3mA,由IC2≈IE2,得:
20180611131932.jpg
        为了使Q2发射极电流为1mA,由R9+R10=2kΩ得R10=2kΩ-100Ω≈2kΩ。
 
5仿真分析
        本文采用Multisim10进行仿真,在绘图编辑器中选择信号源XFG2、直流电源VCC等[15-16]。其中,波特仪XBP1用来分析感应信号的中心频率和-3dB的通带宽度;XSC2为四通道示波器,CH1通道接入信号发生器,CH2通道接入选频电路输出端,CH3接入放大电路输出端,以观察输入输出信号的波形。仿真电路模型如图6所示。将信号源设置为10~190kHz,步长为20kHz,幅值为0.01V。启动Multisim 10,点击运行按钮,将采集的数据进行多项式拟合,二阶有源带通选频放大电路输出电压幅值随频率变化如图7所示。
仿真电路模型图目标信号随幅值变化曲线图
        由图7可知,二阶带通选频放大电路中心频率为50kHz,输出电压幅值达到非常大,和式(4)中的分析结论一致,满足了设计要求。将波特仪的输入端接在信号源XFG2的正端,输出端接在选频电路的输出端,负端共地。设置信号源工作频率为50kHz,计算该二阶有源选频放大电路-3dB通带宽度为B=73.813-21.911≈52kHz,与理论分析相符。
 
6实测结果
        为验证磁致伸缩位移传感器感应信号的调理方法,参照上面所述的测量结构,根据设计的感应信号选频电路和放大电路进行测试。测试条件:波导丝长度为2m,单个永磁体位移浮球,环境温度为25℃,采用12V直流稳压电源供电。磁致伸缩位移检测平台如图8所示。
磁致伸缩位移检测平台
        由选频放大电路放大后的效果图(如图9所示)可知,二阶有源带通选频放大电路能有效平滑信号并提高信噪比,减少对信号整形计数的影响。
选频放大电路放大后的效果图
7结语
        本文针对磁致伸缩液位传感器在复杂工况下环境噪声对感应回波信号产生的干扰问题,提出了相应的传感器感应信号调理方案,包括抗干扰的二阶有源带通选频滤波和目标信号放大处理,并分别通过试验验证了该调理方案能提升信号的信噪比及系统的稳定性。同时,该放大电路采用晶体管搭建,避免了运算放大器级联造成的噪声放大,简化了选频放大器的设计,并提高了选频放大器的性能,节约了生产成本,在实际运用中取得了良好效果。
 
相关产品推荐:阻旋料位开关
注明,三畅仪表文章均为原创,转载请标明本文地址

您可能感兴趣的文章 Technique
相关产品 Technique
产品分类 ProductsClass

压力变送器厂家

隔膜式单平法兰远传压力变送器

空压机专用压力变送器

恒压供水压力变送器

卫生平膜型压力变送器

炉膛负压变送器

罗斯蒙特3051S压力变送器

压阻式压力变送器

压力变送器壳体

HART375手操器

HART475手操器

3051TG压力变送器

压力控制器

卫生型隔膜压力变送器

隔膜密封式压力变送器

扩散硅压力变送器

SC530A压力变送器

SC430A压力变送器

SC433卫生型压力变送器

SC-BP800压力变送器

智能压力变送器

单法兰压力变送器

一体化风压变送器

高温压力变送器

小巧型压力变送器

2088扩散硅压力变送器

负压变送器

绝对压力变送器

扩散硅压力变送器

3051压力变送器

远传法兰变送器

智能变送器

差压变送器厂家

高静压差压变送器

微差压变送器

单法兰远传压力变送器

隔膜密封式差压变送器

智能差压变送器

双法兰毛细管差压变送器

双法兰差压变送器

远传差压变送器

法兰安装式差压变送器

电容式差压变送器

单法兰凸膜片远传差压变送器

双平法兰远传差压变送器

双法兰高精度差压变送器

单法兰隔膜差压变送器

单法兰差压变送器

SC3351DP智能微差压变送器

液位变送器厂家

射频导纳料位开关

射频导纳物位计

单法兰液位计

硫酸储罐液位变送器

射频导纳料位开关

静压式液位变送器

射频电容液位计

高温投入式液位计

双法兰远传液位变送器

电容式液位变送器

差压式液位计

差压式液位变送器

双法兰液位计

射频导纳物位开关

射频导纳液位计

磁致伸缩液位计

单法兰液位变送器

阻旋式料位开关

投入式液位计

法兰式液位变送器

法兰式液位计

电容式液位计

双法兰液位变送器

高温投入式液位变送器

防腐投入式液位变送器

投入式液位变送器

音叉开关

料位开关

温度变送器

一体化温度变送器

一体化数显温度变送器

双金属温度计

WSSX-411电接点双金属温度计

WSS-401双金属温度计

WSS-481双金属温度计

WSSE-411一体化双金属温度计

WSSX-481B防爆电接点双金属温度计

WSSX-410B防爆双金属温度计

WSSE-501一体化双金属温度计

WSSE-401双金属温度计一体化

指针式温度计

热电偶

高温高压热电偶

高温贵金属热电偶

热风炉拱顶热电偶

电站测温专用热电偶

铠装铂铑热电偶

隔爆热电偶

防爆热电偶

高温高压热电偶

耐磨阻漏热电偶

耐磨热电偶

耐磨切断热电偶

装配热电偶

铠装热电偶

铂铑热电偶

耐磨热电偶

密炼机用耐磨热电偶

低温喷涂耐磨热电偶

煤粉仓耐磨热电偶

水泥厂窑炉用耐磨热电偶

水泥厂专用耐磨热电偶

耐磨热电偶

热电阻

压力校验仪

压力表

数显压力表

精密数字压力表

压力变送器常识
热门文章Technicalnews
智能差压变送器 扩散硅压力变送器 射频导纳开关 投入式液位变送器 双法兰液位变送器 一体化温度变送器 单法兰液位变送器
旋进旋涡流量计|射频导纳液位计|压力控制器| 压力表|隔膜压力表|耐震压力表| 耐磨热电偶|天然气流量计|压缩空气流量计|热式气体质量流量计| 氨气流量计| 热电阻|投入式液位计|
静压式液位计|热电偶温度计|电接点压力表|精密压力表|智能压力校验仪|横河EJA变送器|
销售热线:0517-86998326 86998328 18952302362 13915186942 传真:0517-86998327
3051TG压力变送器 淮安市三畅仪表有限企业 压力变送器 液位变送器 差压变送器 制作版权所有 / © 厂址:江苏省淮安市金湖工业园区

澳门新浦京8814com|威尼斯欢乐娱人成app

XML 地图 | Sitemap 地图