摘要 在簡要闡述了電磁流量計的幾種勵磁方式的基礎上,分析了低頻矩形波勵磁技術中常見的干擾及其影響,提出了相應的處理措施,以保證電磁流量計的穩定運行。
1 引 言
電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電性液體體積流量的儀表。隨著微電子技術的發展,電磁流量計的勵磁方式經歷了直流勵磁、交流勵磁,同時技術性能有了進一步的提高,應用也越來越廣泛。由于其具有對液體適應性較強的特點,在現代工業生產中,已成為測量液體流量的首選儀表。在現有的電磁流量計中,交流低頻矩形波勵磁方式已成為主要的勵磁方式。電磁流量計采用交流勵磁雖有一定的優點,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,它們不僅成分復雜,而且有時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的一個重要的技術關鍵問題。
2 低頻矩形波勵磁技術中干擾的分析
低頻矩形波勵磁技術是結合了直流勵磁和交流勵磁技術的優點,同時避免了它們缺點的一種勵磁技術低頻矩形波勵磁技術隨著集成電路技術和同步采樣技術的發展和實用化在電磁流量計中得到廣泛應用。它的勵磁磁場波形[2]如圖1所示。其頻率通常為工頻的偶數分之一。(一般為1/2～ 1/32)。從圖1(a)中可以看到在半個周期內,磁場是一恒穩的直流磁場。它具有直流勵磁技術受電磁干擾影響小,不產生渦流效應,正交干擾和同相干擾小等特點;但從整個時間過程看又是一個交變信號,具有正弦波勵磁技術基本不產生極化現象,便與放大和處理信號。避免直流放大器零點漂移、噪聲等的優點。所以低頻矩形波勵磁技術具有很好的抗干擾性能。但從圖1(c)中也可以看到實際低頻矩形波勵磁方式中,由于勵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,當變送器通電后,在引線的閉合回路內就產生出感應電動勢。
3 對抗干擾方式的分析
3.1 變送器的調零法
要消除由于“變壓器效應”產生的正交干擾,主要有兩種方法:一種是人為的造成一個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和為零[3]。下面主要討論后一種方法。
圖1 低頻矩形波勵磁波形
如圖2所示,這種方法是在一個電極上引出兩根導線,分別接在電位器的兩端,另一個電極的引出線和電位器的中端分別接到轉換器的輸入端,即Rsr的兩端。這樣就形成了兩個閉合回路Ⅰ和Ⅱ ,在閉合回路Ⅰ中感應產生的電動勢e和閉合回路Ⅱ中感應產生的電動勢e′,各自形成電流i和i′。i和i′分別經過電位器的中端加到轉換器的輸入電阻Rsr上。因為這兩個電流的方向是相反的,當被測液體的流速為零時,調整電位器中心觸點的位置,可以找到一個平衡點,使兩個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。其關系可用下式表示,因:
式中: r′為變送器內阻,R1和R2分別為電位器左側和右側的電阻,f1和f2分別為通過回路Ⅰ和Ⅱ磁通。因流經轉換器輸入阻抗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
當信號連續時,我們可使用同步采樣技術對信號進行采樣[4]。但要注意采樣區域、寬度、對稱度、及采樣的起始點的選取,特別是在小流量情況下,對電磁流量計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倍。這樣即使混有干擾信號因其采樣時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 數字濾波技術
數字濾波技術是智能儀器中最常采用的技術,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、數字電路毛刺干擾消除、A/D轉換器的抗工頻能力以及輸入微處理器數字的可靠性等問題。
3.4 接地
由于電磁流量計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,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本身的電磁場干擾[6]。必須強調,流量計一定要單獨接地。因為若與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生串模干擾,嚴重時流量計將無法工作。另外,接地點應遠離大型用電器,避免地電流串入流量計,造成干擾源。
4 結束語
通過以上的分析,對電磁流量計中產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多種抗干擾技術的采用,使電磁流量計抗干擾能力增強,精度和可靠性提高更加的適應于工業應用現場。
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