摘要:本文簡(jiǎn)要闡述了幾種 電(dian)磁流量計 (EMF)的抗幹(gàn)擾技術。同時,讨論(lun)了電磁流量計三(sān)類幹擾噪🈲聲産生(sheng)的物理機理和特(tè)征。研究了矩形波(bō)勵磁型智能電磁(cí)流量計㊙️的硬件和(hé)軟件抗幹擾技術(shu),爲實現智能電磁(ci)流量計 的高精度(dù)、高可靠性、高抗幹(gàn)擾能力奠定了堅(jiān)實的技術基礎。
1概(gài)述
　　電磁流量計是(shì)基于導電性流體(ti)在磁場中運動所(suǒ)産生📐的感👈應🌍電勢(shi)來推算流體流量(liang)的測量儀表,其基(jī)本工作原理是電(dian)磁感應定律。因此(cǐ)電磁耦合靜電感(gǎn)應是電磁流量計(jì)幹擾噪🔞聲的首要(yao)來源;被測📱流體介(jiè)質特性産生的電(diàn)化學幹擾噪聲📱是(shi)電磁流量計幹擾(rǎo)噪聲的第二來源(yuán);電磁流量計供電(dian)電源的電壓和頻(pín)‼️率波動等電源幹(gan)擾噪聲是電磁流(liu)量📞計幹擾噪聲的(de)第三來源。以上三(san)類幹擾噪聲的來(lai)源☔、機理、特性不同(tóng)。對✌️電磁流量計的(de)影🔞響方式不同,相(xiàng)應采用的抗幹擾(rǎo)措施也不同。本文(wen)結合雙頻矩形波(bō)勵磁智能電磁流(liú)量計的研究工作(zuò),着重就智📧能電磁(cí)流量計抗幹擾技(jì)術加以探讨,提出(chu)一些抗幹擾的對(dui)策,以供智能儀器(qì)研究設計參考。
2電(dian)磁流量計幹擾噪(zào)聲的物理機理、特(te)性及其對策
　　爲了(le)對電磁流量計抗(kang)幹擾技術加以探(tan)讨,首先必⛱️須對電(diàn)磁流量計幹擾噪(zào)聲産生的物理機(jī)理和特性加以分(fèn)析研究,從而根據(ju)各種幹擾噪聲的(de)特性💃采用相應的(de)抗幹擾對策,以提(ti)高電磁流量計抗(kàng)幹擾的能力☂️。
2.1工頻(pin)幹擾噪聲
　　工頻幹(gan)擾噪聲是由電磁(cí)流量傳感器勵磁(cí)繞組和流體、電極(jí)、放大器輸入回路(lu)的電磁耦合,其二(èr)是電磁流量計工(gong)作⛷️現場的工頻共(gong)模幹擾,其三是供(gong)電電源引入的工(gōng)頻串模⛹🏻‍♀️幹擾等,其(qi)産生的物理機理(lǐ)均是電磁㊙️感應原(yuán)理。首先就電磁流(liú)量傳感器勵磁❗繞(rao)組和流體✉️、電極、放(fang)大器💃輸入回路的(de)電磁耦合産生的(de)工頻幹擾㊙️對電磁(ci)流量計工作影響(xiang)最大✏️,而且在不同(tong)的勵磁技⭕術下其(qí)表現的形态、特性(xìng)不同,因而采取抗(kang)幹擾措施也不同(tóng),電磁流量傳感器(qi)原理見圖1(a)。在工頻(pin)正弦波勵磁磁場(chǎng)下,此種電磁耦合(hé)工💋頻幹擾噪聲表(biǎo)現形式爲正交幹(gan)擾(見圖1b),又稱爲變(bian)壓器電勢,其特點(dian)是幹擾噪🔞聲幅值(zhí)和工頻正弦波✍️勵(lì)磁🔞頻率成正比,相(xiang)位滞後流🔴量信号(hào)電勢90°,且幅值較流(liú)量信🌈号電勢大幾(jǐ)個數量級。

　　對于工頻共模(mo)幹擾和工頻串模(mo)幹擾是常見的幹(gan)擾,主要是♻️由于電(diàn)磁屏蔽缺陷、分布(bu)電容耦合、電磁流(liu)量計接地不良等(deng)原因産生,采用輸(shū)入保護技術、高輸(shū)入阻抗、高共模抑(yi)制比自🔴舉前置放(fàng)大器技術以及重(zhòng)複接地技術,工頻(pin)寬脈🏃🏻沖同步采樣(yang)技術等提高抗工(gong)頻幹擾的能力💚。
2.2流(liú)體介質特性産生(sheng)的電化學幹擾噪(zào)聲
(a)電化學極化電(dian)勢幹擾是由于電(diàn)極感生電動勢在(zài)兩👈極極性不同而(ér)導緻電解質在電(diàn)極表面極化産生(sheng)。雖然采用正負交(jiāo)變勵💛磁磁場能顯(xiǎn)著減弱極化🔱電勢(shì)的數量級,但不能(néng)根本上完全消除(chu)極化電勢幹擾。
(b)泥(ni)漿幹擾是在測量(liàng)泥漿、纖維漿等液(ye)固兩相導電性流(liu)體流量時,固體顆(ke)粒或者氣泡擦過(guò)電極表面時,電極(ji)表面的接觸電化(hua)學電勢突然變化(huà),電磁流量傳感器(qi)輸出🧡信号出現尖(jian)峰脈沖狀幹擾噪(zao)聲。
(c)流體流動噪聲(shēng)是在測量低導率(lǜ)液體(100vs cm以下)流體流(liú)量時,電極的電化(huà)學電勢定期波動(dong),産生随流量增加(jia)而😘頻率增加的随(suí)機幹擾噪聲,具有(yǒu)類似泥漿幹💜擾的(de)1 f頻譜特性,因此提(tí)高勵磁頻率有助(zhu)于降低流體流動(dòng)噪聲的數量級,以(yi)提高電磁流量傳(chuán)感器測🌈量低導電(diàn)率流體流量的信(xin)噪比。
2.3供電電源性(xìng)幹擾
　　電磁流量計(ji)一般都采用工頻(pín)交流電源供電,其(qí)電源電壓的幅值(zhí)和頻率的變化都(dou)會給電磁流量計(ji)帶來電源性幹擾(rao)噪聲。對電源電壓(yā)的幅值變化,因采(cǎi)用多級集成穩壓(ya),一般而言電源電(dian)🛀🏻壓的幅值變化對(duì)電磁流量的測量(liàng)精度影響不大。當(dāng)電源電壓🔴的頻率(lǜ)波動時,雖然其波(bō)動範圍有限,但對(dui)電磁流量計測量(liang)精度影響較大。
3智(zhì)能電磁流量計硬(ying)件抗幹擾技術
　　綜(zong)合上述電磁流量(liang)計幹擾噪聲産生(shēng)的物理和特性分(fèn)析,智能電磁流量(liang)計分别采用硬件(jian)和軟件幹擾技術(shù),以🤩提高電磁👄流量(liang)計抗幹擾能力。
3.1新(xin)型勵磁技術是提(ti)高電磁流量計抗(kang)幹擾能力的重🏃要(yao)手段
　　電磁流量計(ji)勵磁技術的發展(zhan),不僅減弱電極極(jí)化電勢、泥漿幹擾(rǎo)、流動噪聲的影響(xiang),又能改變工頻幹(gàn)擾的形态,便于同(tong)步采樣技術處理(lǐ)工頻幹擾噪聲,以(yǐ)避免工頻幹擾的(de)影響。目前電磁流(liu)量傳感器采用工(gong)頻頻率同步三值(zhí)低頻矩形勵磁和(he)雙頻矩形波勵磁(ci),從而提高電磁流(liu)量計整個抗幹擾(rǎo)能力,提高電磁流(liu)量計的測量精度(dù)和㊙️可靠性。
3.2前置放(fang)大器的設計是提(ti)高抗幹擾能力的(de)首要環節
　　電磁流(liú)量傳感器輸出流(liú)信号十分微弱,内(nei)阻抗較高,因此㊙️高(gāo)輸🔞入阻抗、低漂移(yí)、低噪聲、高CRMM前置放(fàng)大器才能滿足抗(kàng)同相共模幹⚽擾的(de)要求。前置放大器(qì)采用JFET高輸入阻抗(kang)電壓緩🏃沖器,低漂(piāo)移低噪聲減法器(qi)⭐,精密電阻精心匹(pǐ)配組成儀用🌈放大(dà)器,并⚽采用輸入保(bǎo)護技術,共❄️模電壓(yā)自舉技術和接地(dì)技術大大提高抗(kang)共模幹擾的能力(li),抑制零點漂移的(de)影響。


3.3同步采樣的頻(pín)率補償技術
　　同步(bù)采樣和工頻電源(yuan)頻率監視補償技(jì)術,是提高抗流量(liàng)📐信号電勢中混入(rù)工頻幹擾和工頻(pín)電源頻率波動産(chan)生工頻幹💁擾能📞力(li)的有效方法。同步(bù)采樣👨‍❤️‍👨技術,其采樣(yàng)脈寬爲工頻周期(qī)的整數倍,使流量(liang)信🐅号電勢中工頻(pin)幹擾平均值等于(yú)零,以消除工頻幹(gan)💯擾的影響;工頻電(diàn)源的頻率波動補(bu)償是保證頻率🏃‍♀️的(de)動态波動中,勵磁(cí)電源和采樣脈沖(chong)得以同步調整,真(zhen)正實現同步采樣(yàng)技術和同步勵磁(ci)技術,同步✌️A D轉換,以(yi)降低工頻幹擾的(de)影響。
3.4采用新型HCMOS系(xì)列芯片技術
　　采用(yong)74HC系列芯片技術較(jiao)采用74LS系列芯片其(qi)低噪聲容限提☔高(gao)2.4倍,高燥聲容限提(tí)高2.1倍,智能電磁流(liú)量計整🈚個硬件采(cǎi)用74HC系列芯片,不僅(jǐn)降低整個功耗,而(ér)且提⛱️高元器⛱️件本(běn)身抗幹擾能力,爲(wèi)電磁流🔆量計小型(xíng)輕量一體化奠定(dìng)了基礎。
3.5微處理器(qi)系統電源電壓監(jiān)視技術
　　智能電磁(ci)流量計中微處理(lǐ)器系統當電源瞬(shun)态欠壓,勵💚磁開♌關(guān)❗脈沖動作都會造(zào)成微處理器誤動(dong)作,數據丢失等現(xian)象,因此必須采用(yong)可靠的複位電路(lù)和電源電壓監視(shì)技術。最簡單實用(yong)的☔方法是采用低(dī)成本電源配合高(gao)靈敏度的電源電(dian)壓監視器,提高微(wei)處理器系統和抗(kàng)幹擾能力。如圖2所(suǒ)示微處理器電壓(ya)監視器,其采用TL7705CP電(dian)源電壓監視器芯(xīn)片💋,具有電源加電(diàn)、電源瞬時欠壓均(jun)能産生✨可靠的複(fu)位信号。
4智能電磁(cí)流量計軟件抗幹(gan)擾技術
　　智能電磁(ci)流量計固化在EPROM中(zhōng)的軟件配合硬件(jian)除完成💁智能電♊磁(cí)流量計的正常功(gong)能外,必須具備較(jiao)強的抗幹擾能力(lì)和容💋錯能力,組成(cheng)完善的應用程序(xu)。
4.1數字濾波技術
　　數(shù)字濾波技術是智(zhì)能儀器中最常采(cai)用的技術,能夠完(wán)成模拟👉濾波器不(bú)能完成的功能,很(hen)容易解決脈沖幹(gan)擾剔除、數字電路(lu)毛刺幹擾消除、A D轉(zhuan)換器的抗工頻🏃‍♀️能(neng)力以及輸入❌微處(chu)理器數字的可靠(kào)性問✂️題。
4.2程控放大(da)器技術
　　程控放大(da)器技術即解決電(diàn)磁流量計量程自(zi)動轉換問題,同時(shí)利用增益控制方(fang)法有效削弱微分(fèn)幹擾峰值使放大(dà)器過載的問題,便(biàn)于流量信号電勢(shi)處理,提✌️高抗微💜分(fen)幹擾的能力。
4.3微處(chu)理器硬件故障自(zi)診斷技術
　　微處理(li)器硬件故障自診(zhěn)斷技術是采用軟(ruǎn)件容錯設計,極💚大(dà)地提高硬件系統(tǒng)的可靠性,從而提(ti)高整個智能電磁(ci)流量計的抗幹擾(rao)能力。具體包括CPU自(zì)診斷,定時⭐器診斷(duàn),中斷功能診斷🏒,RAM診(zhěn)斷,A D通道診斷和校(xiào)正,D A通道診斷,數字(zì)I O口通道的診⁉️斷等(děng)部分,涉及到智能(neng)電磁流量計的關(guan)鍵部件。
4.4微處理器(qì)抗幹擾技術
　　上述(shù)各種抗幹擾措施(shī)是解決輸入、輸出(chu)通道中的各👣種⭐幹(gan)擾問題,當幹擾噪(zào)聲沒有作用到微(wei)處理器✊本身時,微(wei)處理器仍然正确(que)無誤地執行各種(zhong)抗幹擾軟件,消除(chu)或者削弱幹擾噪(zao)聲對電磁流量計(ji)輸入輸出通🙇🏻路的(de)影響,當幹擾噪聲(sheng)通過三總線等作(zuò)用到微處理器本(ben)身,CPU将不能按正常(cháng)狀态執行程序,導(dǎo)緻智能電磁流量(liàng)計整個工作混亂(luan),爲了提高微處理(li)器自🔞身的抗🔴幹擾(rǎo)能力采用硬件和(hé)軟件相配合🏃🏻‍♂️的多(duō)種抗幹擾措施。多(duō)種複位方式解💜決(jue)失控的CPU最簡單的(de)方法,掉電保🍓護技(ji)術,軟件指令冗餘(yu)措施💜,軟件陷阱抗(kang)幹擾方法也是排(pai)除智能電磁流量(liang)計微處理器失控(kong)的有效方法。
4.5程序(xu)運行監視系統(WATCHDOG)
　　智(zhì)能電磁流量計采(cǎi)用程序運行監視(shi)系統以監視☔微處(chù)理器執💃🏻行應用程(cheng)序的狀況,當程序(xu)正彈到一個臨時(shí)構成的死循🐅環中(zhōng)時看門狗能及時(shi)發并強迫系統複(fú)位,擺💛脫死循環狀(zhuang)态,圖3所示是由硬(ying)件和軟件配合構(gòu)成的程🔞序運行監(jiān)視器。
5結束語
　　智能(neng)電磁流量計多種(zhǒng)抗幹擾技術的采(cǎi)用,使電磁☂️流量🛀計(jì)抗幹擾能力增強(qiáng),精度和可靠性提(ti)高,不僅🥵實現了電(diàn)磁流量計小型輕(qīng)量一體化智能化(huà),而且推動了電磁(ci)流🐉量計的廣泛應(yīng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼用,開拓🛀了電磁流(liu)量計的潛在市場(chǎng)。

以上内容來源于(yu)網絡，如有侵權請(qing)聯系即删除!