智能電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)的研究
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電磁流量計(jì)的發(fā)展和應(yīng)用與其抗干擾技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步密切相關(guān)，特別是近幾十年來(lái)采用三直低頻矩形波動(dòng)勵(lì)磁技術(shù)和雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，以及微處理器硬件和軟件技術(shù)明顯地提高了電磁流量計(jì)抗干擾能力和測(cè)量精度，擴(kuò)大了電磁流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域，改變了人們長(zhǎng)期認(rèn)為電磁流量計(jì)測(cè)量精度低，抗干擾能力差的概念。
電磁流量計(jì)是基于導(dǎo)電性流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)來(lái)推算流體流量的測(cè)量?jī)x表，其基本工作原理是電磁感應(yīng)定律。因此電磁耦合靜電感應(yīng)是電磁流量計(jì)干擾噪聲的首要來(lái)源；被測(cè)流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾燥聲的第二來(lái)源；電磁流量計(jì)供電電源的電壓和頻率波動(dòng)等電源干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾噪聲的第三來(lái)源。以上三類干擾噪聲的來(lái)源、機(jī)理、特性不同。對(duì)電磁流量計(jì)的影響方式不同，相應(yīng)采用的抗干擾措施也不同。作者結(jié)合雙頻矩形波勵(lì)磁智能電磁流量計(jì)的研究工作，著重就智能電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)加以探討，提出一些抗干擾的對(duì)策，以供智能儀器研究設(shè)計(jì)參考。
二、電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)的發(fā)展歷史
電磁流量計(jì)的發(fā)展歷史就是其抗干擾技術(shù)的發(fā)展歷史。早在1832年，英國(guó)物理學(xué)家法拉第構(gòu)想地球磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量泰晤土河水的流速，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，但未能獲得成功。主要原因是在直流勵(lì)磁磁場(chǎng)下存在流體介質(zhì)的極化效應(yīng)和熱電效應(yīng)而產(chǎn)生干擾噪聲淹沒(méi)了流量信號(hào)電勢(shì)。河床短路了流速信號(hào)電勢(shì)，加之當(dāng)時(shí)的流量技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到解決各種干擾噪聲的抑制和高阻抗信號(hào)測(cè)量的水平，因此導(dǎo)致首次電磁流量計(jì)實(shí)驗(yàn)研究的失敗。誠(chéng)然，從電磁流量計(jì)研究伊始就面臨如何克服各種干擾噪聲的棘手難題，正因如此，在以后的電磁流量計(jì)研究過(guò)程中，人們都將其抗干擾技術(shù)列為首要的技術(shù)問(wèn)題。
電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)其抗干擾技術(shù)的進(jìn)步。50年代末電磁流量計(jì)首次工業(yè)應(yīng)用開(kāi)始，電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，每一次進(jìn)步都是為了解決其抗干擾能力的問(wèn)題，促使電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)出現(xiàn)一次飛躍，電磁流量計(jì)的性能指標(biāo)提高。50年代末六十年代初，為了減弱直流勵(lì)磁磁場(chǎng)下電極表面的嚴(yán)重極化電勢(shì)的影響，采用了工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)，但導(dǎo)致了電磁感應(yīng)、靜電耦合等工頻干擾，致使采用復(fù)雜的正交干擾抑制電路等多種抗干擾措施，難以完全消除工頻干擾噪聲的影響，導(dǎo)致電磁流量計(jì)零點(diǎn)難以穩(wěn)定、測(cè)量精度低、可靠性差。70年代中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和同步采樣技術(shù)的問(wèn)世，采用低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，改變工頻干擾的形態(tài)特征，利用工頻同步采樣技術(shù)，獲得電磁流量計(jì)較好的抗工頻干擾的能力，測(cè)量精度提高、零點(diǎn)穩(wěn)定、可靠性增強(qiáng)。80年代初采用三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)和動(dòng)態(tài)校零技術(shù)、同步勵(lì)磁、同步采樣技術(shù)以獲得電磁流量計(jì)最佳的零點(diǎn)穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高抗工頻干擾和極化電勢(shì)干擾的能力。80年代末采用雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，既能克服流體介質(zhì)產(chǎn)生的泥漿干擾和流體流動(dòng)噪聲，又能具有低頻矩形波勵(lì)磁電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)壓性，實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)零點(diǎn)穩(wěn)定性、抗干擾能力和響應(yīng)速度的最佳統(tǒng)一。因此電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)的進(jìn)步，一方面改變正交干擾電勢(shì)的形態(tài)和特征，另一方面降低泥漿干擾和流動(dòng)噪聲的數(shù)量級(jí)，從而提高電磁流量計(jì)抗干擾能力，所以電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)的改進(jìn)是最有效的抗干擾措施。
三、電磁流量計(jì)干擾噪聲的物理機(jī)理、特性及其對(duì)策
為了對(duì)電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)加以探討，首先必須對(duì)電磁流量計(jì)干擾噪聲產(chǎn)生的物理機(jī)理和特性加以分析研究，從而根據(jù)各種干擾噪聲的特性采用相應(yīng)的抗干擾對(duì)策，以提高電磁流量計(jì)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(lì)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(jì)工作現(xiàn)場(chǎng)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(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。首先就電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合產(chǎn)生的工頻干擾對(duì)電磁流量計(jì)工作影響最大，而且在不同的勵(lì)磁技術(shù)下其表現(xiàn)的形態(tài)、特性不同，因而采取抗干擾措施也不同，如圖1所示在各種勵(lì)磁技術(shù)。
圖1 各種勵(lì)磁技術(shù)下電磁耦合工頻干擾的特性
評(píng)論