影響電磁流量計(jì)精度的因素產(chǎn)生機(jī)理和對策分析

上海自動(dòng)化儀表有限公司電磁流量計(jì)中流量信號(hào)和干擾信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)且相互存在，因此在進(jìn)行檢測的過程中需要將干擾信號(hào)排除才能提取到更為準(zhǔn)確的流量信號(hào)，以進(jìn)行精度更高的電磁流量計(jì)算。

經(jīng)過大量反復(fù)的試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，電磁流量計(jì)在工作過程中會(huì)受到來自多方的干擾，主要有三種:（1）流動(dòng)電化學(xué)所產(chǎn)生的干擾噪聲；（2）電磁耦合過程中所產(chǎn)生的靜電感應(yīng)；（3）電源所產(chǎn)生的干擾噪聲[41]。各種干擾成分充斥在流量信號(hào)的邊邊角角，因此傳感器測出的電壓信號(hào)中包含了較多的噪聲，此部分噪聲的電壓信號(hào)可以表示為下述式子 2.6：

一、各種干擾產(chǎn)生機(jī)理及對策分析

1.正交干擾

從上圖 2.5 中可以觀察到兩個(gè)電極、勵(lì)磁線圈、轉(zhuǎn)換器內(nèi)阻之間形成了一個(gè)閉合回路，將此回路稱之為初級(jí)繞組，從理論上進(jìn)行分析，磁力線 B 應(yīng)當(dāng)平行于勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的磁感應(yīng)線，但在實(shí)際的應(yīng)用過程中由于工藝差異，因此無法達(dá)到理想狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生磁力線穿過勵(lì)磁線圈磁感應(yīng)線的情況，此時(shí)將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢，將此部分感應(yīng)電動(dòng)勢稱為變壓器效應(yīng)。電流經(jīng)過勵(lì)磁線圈時(shí)其穩(wěn)態(tài)會(huì)發(fā)生階段性的改變，電磁感應(yīng)充斥在電磁流量計(jì)工作的所有流程中，因此流經(jīng)勵(lì)磁線圈的電流穩(wěn)態(tài)在轉(zhuǎn)變時(shí)需要經(jīng)過一個(gè)較長的過程。

2.同相干擾

電場和磁場可以通過電磁感應(yīng)進(jìn)行及時(shí)轉(zhuǎn)換。流體在磁場中流動(dòng)時(shí)將會(huì)不斷切割磁感應(yīng)線，此時(shí)便會(huì)形成閉合的正交干擾渦電流，除此之外還會(huì)形成二次磁通，此時(shí)二次磁通在流體內(nèi)部又會(huì)形成另一個(gè)閉合的正交干擾渦電流。

3.串模干擾

上世紀(jì)六十年代之前，

電磁流量計(jì)

中的傳感器通常使用單端信號(hào)的傳輸方式，采用兩個(gè)測量電極進(jìn)行信號(hào)的傳輸，從一個(gè)電極傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電極，此種傳輸方式在進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)倪^程中會(huì)將多種干擾信號(hào)進(jìn)行疊加后傳輸，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一種是多種信號(hào)進(jìn)行疊加導(dǎo)致前置放大器的工作進(jìn)行飽和狀態(tài)而無法正常過程，另一種情況是在進(jìn)行信號(hào)提取的過程中需要更多的時(shí)間進(jìn)行干擾排除。

當(dāng)代電磁流量計(jì)中傳感器更換了信號(hào)傳輸方式，利用差動(dòng)方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，將被測流體作為一個(gè)信號(hào)傳輸端，而將兩個(gè)電極作為另一個(gè)信號(hào)傳輸端，此種傳輸方式能夠有效的電磁回路中所產(chǎn)生的串模干擾情況。

4.共模干擾

所謂的共模干擾主要是由于轉(zhuǎn)換器前端的放大器上同時(shí)出現(xiàn)同樣的干擾所造成。共模干擾在正常情況下對測量結(jié)果不會(huì)造成明顯的影響，但若是出現(xiàn)轉(zhuǎn)換器前端放大器中的參數(shù)不對等情況時(shí)，則會(huì)由共模干擾轉(zhuǎn)變成為串模干擾，此時(shí)將會(huì)對測量結(jié)果造成較大的影響。

引起共模干擾最主要的原因是靜電干擾，因此可以通過屏蔽靜電干擾的方式來有效的降低共模干擾對電磁傳感器造成的影響。

5.直流干擾

直流干擾主要來源于電磁流量計(jì)工作時(shí)出現(xiàn)的電化學(xué)噪聲。當(dāng)電解質(zhì)和接液部件一旦接觸，電解質(zhì)中的正負(fù)離子將會(huì)即刻出現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)，即使沒有通電，電解質(zhì)中的正負(fù)離子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)定向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在電解液中會(huì)形成一個(gè)明顯的電位差，出現(xiàn)的此種現(xiàn)象被稱為極化現(xiàn)象。

二、勵(lì)磁技術(shù)對精度的影響

勵(lì)磁電流的工作過程中將會(huì)產(chǎn)生對應(yīng)的磁場，此時(shí)便會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢，為了能更好的對

進(jìn)行計(jì)算，需要選擇更合適的勵(lì)磁方式[35]。 勵(lì)磁技術(shù)經(jīng)過了一個(gè)漫長的歷程，其中如直流勵(lì)磁、低頻矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁等。

1.直流勵(lì)磁

直流勵(lì)磁的產(chǎn)生主要來源于直流電流勵(lì)磁產(chǎn)生的穩(wěn)定磁場和永磁體產(chǎn)生的恒定磁場。下圖 2.7 中展示了直流勵(lì)磁波的波形圖，從圖中可以直接觀察到此種勵(lì)磁方式較為穩(wěn)定，受到的干擾較小。

在現(xiàn)實(shí)的工作過程中直流勵(lì)磁方式中包含了較多的干擾信號(hào)，較為常見的有三種形式。第一種是由于直流信號(hào)促使測量管內(nèi)流體極化，從而疊加干擾的極化電壓信號(hào)。第二種是極化電壓容易受到溫度的影響導(dǎo)致其跟隨變化。第三種是需要利用到更大的直流放大器，此放大器進(jìn)行信號(hào)放大的過程將會(huì)更加困難。

2.交流勵(lì)磁

交流勵(lì)磁主要是在交流電流中所產(chǎn)生的勵(lì)磁方式，通常會(huì)在 60Hz 正弦波電流作用下產(chǎn)生。此種勵(lì)磁方式大的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效的降低電流對電極所帶來的計(jì)劃作用[45]。除此之外還能利用交流勵(lì)磁感應(yīng)更大的電動(dòng)勢，能夠有效提高磁感應(yīng)強(qiáng)度。還有就是能夠?qū)⑿盘?hào)直接放大，不需要再設(shè)置前端放大器。

由于交流勵(lì)磁的種種優(yōu)勢促使其在上世紀(jì)二十年代到五十年代風(fēng)靡世界，但在交流勵(lì)磁的工作方式中也出現(xiàn)了較多明顯的缺點(diǎn)，其中如交流勵(lì)磁會(huì)產(chǎn)生明顯的正交和同相干擾、產(chǎn)生磁滯損失和渦流損失等等。

在針對漿液和脈動(dòng)流的檢測中，使用交流勵(lì)磁仍能起到更可快速、便捷的檢測方式。

3.低頻矩形波勵(lì)磁

低頻矩形波勵(lì)磁方式能夠彌補(bǔ)交流勵(lì)磁所帶來的缺陷，因此從上世紀(jì)七十年起成為新的測量方式風(fēng)靡全球。

低頻矩形波立此方式能夠有效減弱電磁感應(yīng)產(chǎn)生的干擾，同時(shí)也不容易出現(xiàn)極化現(xiàn)象。上圖 2.9 中展示了低頻矩形波的波形圖，從圖中可以直觀的觀察到dφ/ dt 發(fā)生極有規(guī)律，能夠保證在一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)使得流量信號(hào)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，同時(shí)圖中的波形穩(wěn)定時(shí)間較長，因此保證能夠具有穩(wěn)定的信號(hào)采樣過程。 值得重視的是若是使用其進(jìn)行漿液性流體測量時(shí)，流體會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，從而形成新的干擾，對于檢測結(jié)果會(huì)造成一定的影響。

上海自動(dòng)化儀表有限公司影響電磁流量計(jì)精度的因素，并分析了各種干擾因素的產(chǎn)生機(jī)理及其對策，其中包括正交、串模干擾等；除此之外還分析了不同勵(lì)磁技術(shù)對電磁流量計(jì)檢測精度的影響，介紹了直流、交流、低頻矩形波三種勵(lì)磁技術(shù)；基于這些影響電磁流量計(jì)精度的因素，針對性提出了抗干擾措施，其中，硬件方面包括電源設(shè)計(jì)、傳輸線路、隔離技術(shù)、接地技術(shù)、電路設(shè)計(jì)以及 PCB 印刷技術(shù)中的抗干擾措施；軟件方面包括數(shù)字濾波、CPU 抗干擾、程序監(jiān)控系統(tǒng)、故障自診斷技術(shù)等。