電磁流量計的抗干擾技術

電磁流量計的抗干擾技術 
    對電磁流量計而言干擾噪聲有多種形式，根據各種干擾噪聲的特性可以采用相應的抗干擾對策[9]，以提高電磁流量計抗干擾的能力。
   1．工頻干擾噪聲
   工頻干擾噪聲是由電磁流量傳感器勵磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合，另外電磁流量計工作現場的工頻共模干擾，其三供電電源引入的工頻串模干擾等， 其產生的物理機理均是電磁感應原理。首先就電磁流量傳感器勵磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合產生的工頻干擾對電磁流量計工作影響，而且在不同的勵磁技術下其表現的形態、特性不同，因而采取抗干擾措施也不同，如圖3-9 所示在各種勵磁技術。 圖3-9 各種勵磁技術下電磁耦合工頻干擾的特性 Fig.3-9: the 50Hz interference characteristic in different excitation 下此工頻干擾噪聲的特性。在工頻正弦波勵磁磁場下，此種電磁耦合工頻干擾噪聲表現形式為正交干擾（見圖3-9 b），又稱為變壓器電勢，其特點是干擾噪聲幅值和工頻正弦波勵磁頻率成正比 ，相位滯后流量信號電勢900，且幅值較流量信號電勢大幾個數量級。在低頻矩形波勵磁，三值低頻矩形波勵磁和雙頻矩形波勵磁條件，此種電磁偶合工頻干擾噪聲表現形式為微分干擾（見圖3-9c），其波形為脈沖波形，其中幅值和磁通變化率成正比，且按指數規律衰減，一般而言其幅值比正弦波勵磁條件下的正交干擾大得多，另外此微分干擾僅在勵磁磁通變化時產生，而在磁通恒定時，下一個磁通發生變化之前不會產生微分干擾，具有時段性。
    針對工頻正弦波勵磁下的正交干擾噪聲，采用復雜的自動正交抑制系統減小正交干擾噪聲的影響，但由于正交干擾噪聲比流量信號電勢大幾個數量級正交抑制電子電路的任何不完善都將導致一部分正交干擾轉換成同相干擾，使工頻正弦波勵磁電磁流量計零點漂移，流量測量精度難以提高。
   采用低頻矩形波勵磁、三值低頻矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁，正交干擾噪聲演變成為微分干擾。由于微分干擾具有時段時，利用同步采樣技術在磁場恒定期，即微分干擾衰減為零之后，采用寬脈沖同步采樣（ 工頻周期的偶數倍），以避免串入流量信號電勢中的工頻干擾的影響。其次采用控制勵磁電流（勵磁磁通）變化率的方法減小微分干擾的幅值，但減小流量信號采樣的時間間隔；也可以采用程控增益技術使微分干擾時段增益為Odb，而恒磁通時段增益為100db，以減小微分干擾的幅值的影響。 對于工頻共模干擾和工頻串模干擾是常見的干擾，主要是由于電磁屏蔽缺陷、分布電容耦合、電磁流量計接地不良等原因產生，采用輸入保護技術、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術以及重復接地技術，工頻寬脈沖同步采樣技術等提高抗工頻干擾的能力。
   2 流體介質特性產生的電化學干擾噪聲
   電化學極化電勢干擾是由于電極感生電動勢在兩極極性不同而導致電解質在電極表面極化產生。雖然采用正負交變勵磁磁場能顯著減弱極化電勢的數量級，但不能根本上*消除極化電勢干擾。其特性于流體介質的性質、電極材料性質、電極的外形尺寸形狀有關，具有變化緩慢，數量級不大等特點，如圖3-10 所示流體電化學電勢干擾及其解決方法。因此選擇合適的電極材料（如碳化鎢），設計的電極形狀的尺寸是減小極化電勢的有效方法之一；另外采用正負兩極性交變的矩形波勵磁技術配合微處理器同步寬脈沖采樣技術，到用微處理器運算功能前后兩次采樣值相減消除流量信號電勢中的極化電勢干擾。 圖3-10 流體電化學級化電勢干擾及其處理方法 Fig.3-10: the solution to deal with the interference by electrochemistry cause
    泥漿干擾是在測量泥漿、纖維漿等液固兩相導電性流體流量時，固體顆粒或者氣泡擦過電極表面時，電極表面的接觸電化學電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現尖峰脈沖狀干擾噪聲如圖3-11 所示。在勵磁頻率較低時，泥漿干擾的數量級較大，高頻時干擾數量級較小，具有1/f 的頻譜特性。提高抗泥漿干擾的能力必須采用較高頻率的矩形波勵磁，以提高電磁流量傳感器輸出的信噪比，但會犧牲電磁流量計的零點穩定性。另外也可采用流量信號變化率限制方法以剔除脈沖干擾對電磁流量計的影響，但會犧牲儀表的響應速度。
    流體流動噪聲是在測量低導率液體（100vs/cm 以下）流體流量時，電極的電化學電勢定期波動，產生隨流量增加而頻率增加的隨機干擾噪聲，具有類似泥漿干擾的1/f 頻譜特性，因此提高勵磁頻率有助于降低流體流動噪聲的數量級，以提高電磁流量傳感器測量低導電率流體流量的信噪比。 圖3-11 泥漿干擾電勢波形和頻譜特性 Fig.3-11: the wave and characteristic of the interference caused by slurry
    3 供電電源性干擾 
    智能型電磁流量計一般都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的變化都會給電磁流量計帶來電源性干擾噪聲。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩壓，一般而言電源電壓的幅值變化對電磁流量的測量精度影響不大。當電源電壓的頻率波動時，雖然其波動范圍有限，但對電磁流量計測量精度影響較大。在智能矩形波勵磁電磁流量計中采用寬脈沖采樣技術，其脈沖寬度為工頻周期的整數倍，具同步于工頻周期，以*消除工頻干擾，但前提條件是工頻噪聲干擾基本不變。當供電電源頻率波動時，流量信號采樣時使前后的工頻噪聲不能*相同，雖然采用同步勵磁技術、同步采樣技術仍然不能*消除工頻干擾噪聲，必須采用相應的頻率補償技術，使勵磁電流、采樣脈沖，A/D 轉換同步于頻率的變化。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節流裝置、節流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網站：