摘要 在簡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。
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)用也越來越廣泛。由于其具有對液體適應(yīng)性較強(qiáng)的特點(diǎn),在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,已成為測量液體流量的常用儀表。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),但隨之而來的電磁干擾,就成為很麻煩的問題,特別是電磁干擾信號與有用的信號混在一起,它們不僅成分復(fù)雜,而且有時(shí)候干擾信號還會比流量信號大[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),磁場是一恒穩(wěn)的直流磁場。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)間過程看又是一個(gè)交變信號,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。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,雖然很快會消失,但沿越陡正交干擾電動勢也越大。
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)電動勢。
3 對抗干擾方式的分析
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去與干擾信號相互抵消;另一種是讓引出線組成的閉合回路在磁場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。
圖1 低頻矩形波勵(lì)磁波形
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)生的電動勢e和閉合回路Ⅱ中感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢e′,各自形成電流i和i′。i和i′分別經(jīng)過電位器的中端加到轉(zhuǎn)換器的輸入電阻Rsr上。因?yàn)檫@兩個(gè)電流的方向是相反的,當(dāng)被測液體的流速為零時(shí),調(diào)整電位器中心觸點(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:
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,f1和f2分別為通過回路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:
因此,從理論上講,用這樣的方法可以把因變送器產(chǎn)生的正交干擾完全消除。但由于制造工藝的原因,不可能完全消除,所以還必須采取其他的措施。
3.2 同步采樣技術(shù)
當(dāng)信號連續(xù)時(shí),我們可使用同步采樣技術(shù)對信號進(jìn)行采樣[4]。但要注意采樣區(qū)域、寬度、對稱度、及采樣的起始點(diǎn)的選取,特別是在小流量情況下,對電磁流量計(jì)的測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)是智能儀器中最常采用的技術(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)字的可靠性等問題。
3.4 接地
由于電磁流量計(jì)中變送器的輸出信號很小,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測量信號將產(chǎn)生串模干擾,嚴(yán)重時(shí)流量計(jì)將無法工作。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
通過以上的分析,對電磁流量計(jì)中產(chǎn)生干擾的原因及解決的辦法有了大致的了解。可以看出智能電磁流量計(jì)多種抗干擾技術(shù)的采用,使電磁流量計(jì)抗干擾能力增強(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。
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