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电磁流量计

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对电磁流量计中干扰问题的讨论

来源:作者:发表时间:2017-07-23 12:25:32

        摘 要 作为一种新型的流量测量仪表 ,电磁流量计在最近几年里获得了长足的发展 ,其以自身优良的性能和特点被广泛应用于工业领域中各种导电液体的流量测量 ,同时在食品、化工以及水处理等行业中各类浆液流量的测量中也有所应用。虽然与其它流量计相比 ,电磁流量计有着诸多优点 ,但它也有一定的缺陷 ,即容易受到外界的干扰。为此 ,在应用电磁流量计时 ,必须采取有效的抗干扰措施 ,这对于确保测量结果的准确性具有非常重要的意义。基于此点 ,本文就电磁流量计中干扰问题展开探讨。

 
1 电磁流量计的基本原理及干扰源分析
1.1 电磁流量计测量原理
        所谓的电磁流量计实质上就是一种按照法拉第电磁感应定律来对管内导电介质的体积流量进行测量的感应式仪表 ,其主要是应用单片机嵌入式技术来实现数字励磁 ,并依托于 CAN 现场总线进行测量。由电磁流量计的概念可知 ,其测量原理是基于法拉第电磁感应定律 ,当导电的金属杆以某种特定的速度进行垂直于磁力线方向的运动时便会产生出感应电压。通常情况下 ,可将流量计中测量管内的导电介质看作是导电的金属杆 ,而上端与下端的励磁线圈则会在管道的垂直方向上形成一个相对比较均匀的恒定磁场 ,当导电流体以特定的速度在管道内经过时 ,其便会对磁力线进行切割 ,从而产生出感生电动势 ,若是在管道两端分别加装电极的话 ,则可在电极上探测到感生电压。流量计中的信号转换装置能够通过对感生电压大小的测量计算出导电流体的体积流量 ,由此便可以获得经过管道的实际体积流量。电磁流量计是由传感器和信号转换器两个部分组成的 ,其中传感器一般都是安装在现场的被测管道当中 ,而信号转换器则主要负责对传感器测量获得的微弱信号进行滤波和放大 ,并将该信号转换为标准的输出信号 ,进而实现显示、记录、调控的目的。
 
1.2 电磁流量计的干扰源分析
        转换器的流量信号由传感器所提供 ,是一种电压信号 ,即电极间的电位差。在测量实践中 ,受静电感应、电磁感应、电化学电势等因素的影响 ,致使电极上的电压不仅与流速成比例形成电动势 ,而且还包含多种干扰成分 ,主要来源于以下方面 :
        1)在电磁流量计的工作现场拥有大量工频信号 ,导致耦合在激磁回路、前端放大器、电极的工频干扰噪声严重影响电磁流量计测量的准确性。
        2)电磁流量计在低频矩形波激磁的作用下会产生干扰 ,这主要是由于激磁电流突变而导致微分干扰信号的产生。与此同时 ,干扰信号会随着电流的稳定而逐步消失。
        3)电磁流量传感器上的变压器效应也会产生相位上与流量信号形成 90°的正交干扰信号。
        4)部分电磁屏自身存在接地与屏蔽不良、电容杂散等弊端 ,极易导致返回电流不平衡 ,进而引发共模干扰 ,甚至造成某些电路电位变化 ,这是致使电磁流量计零点漂移的重要因素之一。在此情况下 ,产生的高辐射电场会不断恶化电磁兼容性。
        5)电路板设计在未充分考虑电磁兼容性的情况下会造成串模干扰 ,进而导致信号质量下降 ,尤其对于模拟电路和高速走线而言 ,会造成严重的不良影响。
        6)在感应电场作用下 ,被测液体中电解质会在电极表面产生极化现象 ,形成电化学极化电动势干扰 ,进而造成电磁流量计零点漂移。
 
2 电磁流量计抗干扰的有效措施
2.1 抗正交干扰的措施
        所谓的正交干扰具体是指在相位上与流量信号之间的差为90°的干扰。当电磁力量计的变送器以交流励磁方式运行时 ,会形成一个交变的磁场 ,而闭合电路则处于该磁场当中 ,由于该闭合电路无法与电磁流量计的变送器交变磁场产生出来的磁力线处于平行状态 ,致使会有一部分交变磁力线从该闭合线路当中穿过 ,这样一来便会在回路当中形成一个干扰电动势。想要有效抑制或消除正交干扰对电磁流量计的影响 ,可从变送器和信号转换器这两个部分分别采取措施 ,具体内容如下 :
        1)从变送器上采取抗干扰措施。应当尽可能使闭合回路的平面与交变磁力线保持平行 ,这样便可以防止磁力线从闭合回路当中穿过的情况发生 ,同时可设置干扰调整机构 ,借此来减少干扰信号。此外 ,还可以在变送器上设置调零电位器 ,通过该电位器能够使两个回路当中产生出来的电流的电势互相抵消 ,从而达到消除正交干扰信号的目的。
        2)从信号转换器上采取抗干扰措施。可在转换器当中设置抗干扰机构 ,借此来消除变送器中残余的正交干扰信号 ,具体做法是在主放大器输出端设置补偿和抑制正交干扰的机构。
 
2.2 软件抗干扰技术
        在 EPROM 中 ,电磁流量计固化的软件与硬件相配合不仅要确保电磁流量计正常功能的实现 ,还必须具备较强的容错能力和抗干扰能力 ,构建起功能完善的应用程序。
        1)数字滤波技术。该技术是智能仪器中使用最为广泛的技术 ,拥有模拟滤波器所不具备的功能 ,主要包括消除脉冲干扰、A/D 转换器的抗工频能力、消除数字电路毛刺干扰、保障输入微处理器数字的可靠性等。
        2)程控放大器技术。该技术能够解决电磁流量计量程自动转换问题 ,通过增益控制以达到削弱微分干扰峰值导致放大器过载的目的 ,有利于处理流量信号电势 ,增强抗微分干扰能力。
 
2.3 同步采样抗干扰技术
        在信号连续的状态下 ,可采用同步采样技术实施采样。但必须注意的是 ,选取的采样区域、对称度、宽度、起始点在小流量的影响下 ,会导致电磁流量计难以达到测量精度。为此 ,采样频率应当选取工频周期的整数倍 ,如此做法可以确保在混有干扰信号的采样时间为工频周期的情况下 ,免于电压的干扰。
 
2.4 接地抗干扰措施
        通常情况下 ,受变送器输出信号较小的影响会导致电磁流量计的抗干扰能力降低 ,所以应当将变动器输入电路的零电位进行单独接地处理 ,不仅可以起到屏蔽的作用 ,还能够有效减少激磁系统本身电磁场干扰的影响。此外 ,电磁流量计接地必须选择远离大型用电器的地点 ,以达到防止电流串入的目的。