電磁流量計(jì)中干擾問(wèn)題的討論
對(duì)電磁流量計(jì)中干擾問(wèn)題的討論
摘要 在簡(jiǎn)要闡述了電磁流量計(jì)的幾種勵(lì)磁方式的基礎(chǔ)上, 分析了低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)中常見(jiàn)的干擾及其影響, 提出了相應(yīng)的處理措施, 以保證電磁流量計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行。
關(guān)鍵詞 電磁流量計(jì) 抗干擾
1 引 言
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展, 電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式經(jīng)歷了直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁, 同時(shí)技術(shù)性能有了進(jìn)一步的提高, 應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。由于其具有對(duì)液體適應(yīng)性較強(qiáng)的特點(diǎn), 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中, 已成為測(cè)量液體流量的儀表。在現(xiàn)有的電磁流量計(jì)中, 交流低頻矩形波勵(lì)磁方式已成為主要的勵(lì)磁方式。電磁流量計(jì)采用交流勵(lì)磁雖有一定的優(yōu)點(diǎn), 但隨之而來(lái)的電磁干擾, 就成為很麻煩的問(wèn)題, 特別是電磁干擾信號(hào)與有用的信號(hào)混在一起, 它們不僅成分復(fù)雜, 而且有時(shí)候干擾信號(hào)還會(huì)比流量信號(hào)大[1] 。在這種情況下怎樣抑制和排除這些干擾, 提高信噪比就成了研制和使用電磁流量計(jì)的一個(gè)重要的技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題。
2 低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)中干擾的分析
低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)是結(jié)合了直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁技術(shù)的優(yōu)點(diǎn), 同時(shí)避免了它們?nèi)秉c(diǎn)的一種勵(lì)磁技術(shù)。低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)隨著集成電路技術(shù)和同步采樣技術(shù)的發(fā)展和實(shí)用化在電磁流量計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。它的勵(lì)磁磁場(chǎng)波形[2] 如圖1 所示。其頻率通常為工頻的偶數(shù)分之一。(一般為1/ 2～1/ 32) 。從圖1( a) 中可以看到在半個(gè)周期內(nèi), 磁場(chǎng)是一恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)。它具有直流勵(lì)磁技術(shù)受電磁干擾影響小, 不產(chǎn)生渦流效應(yīng), 正交干擾和同相干擾小等特點(diǎn); 但從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看又是一個(gè)交變信號(hào), 具有正弦波勵(lì)磁技術(shù)基本不產(chǎn)生極化現(xiàn)象, 便與放大和處理信號(hào)。避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲等的優(yōu)點(diǎn)。所以低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)具有很好的抗干擾性能。但從圖1( c) 中也可以看到實(shí)際低頻矩形波勵(lì)磁方式中, 由于勵(lì)磁電流矩形波存在上升沿和下降沿, 在上升沿和下降沿也必然存在正交干擾, 雖然很快會(huì)消失, 但沿越陡正交干擾電動(dòng)勢(shì)也越大。另外除了由于勵(lì)磁電流引起的正交干擾, 在電磁流量變送器中, 由于兩電極的引線處于交變磁場(chǎng)中, 當(dāng)變送器通電后, 在引線的閉合回路內(nèi)就產(chǎn)生出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
3 對(duì)抗干擾方式的分析
3. 1 變送器的調(diào)零法
要消除由于“變壓器效應(yīng)”產(chǎn)生的正交干擾, 主要
圖1 低頻矩形波勵(lì)磁波形有兩種方法: 一種是人為的造成一個(gè)與正交干擾幅值相同的信號(hào)去與干擾信號(hào)相互抵消; 另一種是讓引出線組成的閉合回路在磁場(chǎng)交鏈的磁通所形成的電流之代數(shù)和為零[ 3] 。下面主要討論后一種方法。如圖2 所示, 這種方法是在一個(gè)電極上引出兩根導(dǎo)線, 分別接在電位器的兩端, 另一個(gè)電極的引出線和電位器的中端分別接到轉(zhuǎn)換器的輸入端, 即Rsr 的兩端。這樣就形成了兩個(gè)閉合回路Ⅰ和Ⅱ, 在閉合回路Ⅰ 中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e 和閉合回路Ⅱ中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e′,各自形成電流i 和i′。i 和i′分別經(jīng)過(guò)電位器的中端加到轉(zhuǎn)換器的輸入電阻Rs r 上。因?yàn)檫@兩個(gè)電流的方向是相反的, 當(dāng)被測(cè)液體的流速為零時(shí), 調(diào)整電位圖2 電極引出導(dǎo)線連接器中心觸點(diǎn)的位置, 可以找到一個(gè)平衡點(diǎn), 使兩個(gè)閉合回路的電流大小相等, 而方向相反, 這樣就可以相互抵消。其關(guān)系可用下式表示, 因: e= - d.. 1/ dt ( 1) e′= - d.. 2/ dt ( 2) 則 i= e r′+ R1+ Rsr ( 3) i′= e′ r′+ R2+ Rsr ( 4) 式中: r′為變送器內(nèi)阻, R1 和R2 分別為電位器左側(cè)和右側(cè)的電阻, .. 1 和..2 分別為通過(guò)回路Ⅰ和Ⅱ磁通。因流經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗Rsr 的電流i 和i′之差, 即: i- i′= e r′+ R1+ Rs r- e′ r′+ R2+ Rs r = e( r′+ R2+ Rsr) - e′(r ′+ R1+ Rs r) ( r′+ R1+ Rsr) ( r′+ R2+ Rsr) ( 5) 調(diào)整電位器, 使: e( r′+ R2+ Rsr ) - e′(r′+ R1+ Rsr) = 0 ( 6) 則 i- i′= 0 ( 7) 因此, 從理論上講, 用這樣的方法可以把因變送器產(chǎn)生的正交干擾*消除。但由于制造工藝的原因, 不可能*消除, 所以還必須采取其他的措施。
3. 2 同步采樣技術(shù)
當(dāng)信號(hào)連續(xù)時(shí), 我們可使用同步采樣技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣[4] 。但要注意采樣區(qū)域、寬度、對(duì)稱度、及采樣的起始點(diǎn)的選取, 特別是在小流量情況下, 對(duì)電磁流量計(jì)的測(cè)量精度有較大的影響。采樣頻率要選為工頻周期的整數(shù)倍。這樣即使混有干擾信號(hào)因其采樣時(shí)間為完整的工頻周期, 其平均值也為零, 干擾電壓不起作用。
3. 3 數(shù)字濾波技術(shù)
數(shù)字濾波技術(shù)是智能儀器中采用的技術(shù), 能夠完成模擬濾波器不能完成的功能, 很容易解決脈沖干擾剔除、數(shù)字電路毛刺干擾消除、A/ D 轉(zhuǎn)換器的抗工頻能力以及輸入微處理器數(shù)字的可靠性等問(wèn)題。
3. 4 接地
由于智能電磁流量計(jì)中變送器的輸出信號(hào)很小, 為了提高儀表抗干擾的能力, 變送器輸入回路的零電位必須接地[ 5] 。同時(shí), 變送器的測(cè)量管外殼接地可以起屏蔽作用, 減小外界和激磁系統(tǒng)本身的電磁場(chǎng)干擾[6] 。必須強(qiáng)調(diào), 流量計(jì)一定要單獨(dú)接地。因?yàn)槿襞c其他儀表或電氣裝置共同接地, 接地線中的漏電流對(duì)測(cè)量信號(hào)將產(chǎn)生串模干擾, 嚴(yán)重時(shí)流量計(jì)將無(wú)法工作。另外, 接地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離大型用電器, 避免地電流串入流量計(jì), 造成干擾源。
4 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上的分析, 對(duì)電磁流量計(jì)中產(chǎn)生干擾的原因及解決的辦法有了大致的了解?？梢钥闯鲋悄茈姶帕髁坑?jì)多種抗干擾技術(shù)的采用, 使電磁流量計(jì)抗力增強(qiáng), 精度和可靠性提高更加的適應(yīng)于工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。
參考文獻(xiàn)
1 梁國(guó)偉. 流量測(cè)量技術(shù)及儀表. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.
2 劉欣榮. 流量計(jì). 第2 版. 北京: 水利電力出版社, 1989.
3 劉英輝. 抑制電磁流量計(jì)正交干擾的一種新方法. 油氣田地面工程, 1996, 15( 6) : 31～32.--擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：
會(huì)員1.png)