摘要:電磁(ci)流量計在我(wǒ)國工業、制造(zao)業及其他行(hang)業的應用十(shí)分廣泛，在液(yè)體流量測量(liàng)方面起到了(le)不可替代的(de)重要💛作用。由(you)于😍流量計測(cè)量的正确程(cheng)度直接影響(xiǎng)到了❤️生産質(zhi)量，測量誤差(cha)可能會對生(shēng)産過程造成(chéng)巨大的經濟(jì)損失，因此，通(tong)過研究電磁(ci)流👨❤️👨量計精度(dù)的影響因素(su)，分析提升測(cè)量🧡精度的方(fang)法和測量過(guò)程中♍的抗幹(gan)擾能力具有(you)十分重要🧑🏽🤝🧑🏻的(de)意義。
随着我(wǒ)國科學技術(shù)和經濟的不(bu)斷發展與進(jin)步，電磁流量(liang)計在🌈我國的(de)工業、技術檢(jian)測和管理等(deng)很多領域得(dé)到了廣泛的(de)✉️使用✨，電磁流(liu)量計具有良(liáng)好的耐腐蝕(shí)性，并具備可(kě)靠性高、适應(ying)性強的特點(dian)。近年來，各個(gè)領域在不斷(duàn)探索新技術(shù)的同時，對電(dian)磁流🈲量計的(de)正确🈲程度和(hé)穩定性也提(ti)出了㊙️更高的(de)要求。能夠影(ying)響電磁🌈流量(liang)計精度的因(yīn)素有很多，但(dàn)🥰隻要明确了(le)主要的幹擾(rao)因素，就能夠(gou)有針對性地(dì)利用軟硬件(jian)技術來降低(di)幹擾因素對(duì)測量精度的(de)影響，有效提(ti)升電磁流量(liang)計工作的可(kě)靠性。
1基本原(yuan)理介紹
電磁(cí)流量計是以(yi)法拉第電磁(cí)感應定律爲(wei)理論基礎而(er)制造的一種(zhǒng)流量計。電磁(ci)流量計在工(gōng)作時由磁路(lù)系統産生直(zhí)流或交流磁(ci)場，用以提供(gòng)測量所需的(de)磁🈚場環境🈲，當(dang)被測液體在(zài)導管中通過(guò)磁場區域時(shi)，會做切割磁(cí)力線運動，此(ci)時就可以通(tong)過電極傳感(gan)器将導管内(nei)的流量轉換(huan)成爲感🌈應電(dian)勢信号，并将(jiang)信号傳遞給(gei)轉換器。轉換(huan)器将獲取的(de)各種不同的(de)流量信号進(jin)行分析、對比(bi)和放大，最終(zhong)轉換成💋爲标(biāo)準的信号輸(shu)出給積算儀(yí)，積算儀通過(guo)對信号的處(chù)理，将測得的(de)流量在儀表(biao)上顯示，并對(dui)測量結😘果進(jin)行一定的記(jì)🏃錄，其基礎工(gōng)作流程如圖(tú)1所示。
2電磁流(liú)量計精度影(ying)響因素分析(xī)
電磁流量計(jì)的幹擾信号(hào)有很多，這些(xie)幹擾信号會(huì)和實際的流(liu)量信号相混(hun)合，産生一種(zhǒng)十分複雜的(de)數據處理情(qing)況。因此♍，要提(ti)💃高電磁流量(liàng)計對液體的(de)測量精度，就(jiu)必須對這些(xie)幹擾信号産(chǎn)生的原因進(jìn)🆚行分析與🧑🏾🤝🧑🏼總(zǒng)結，以便有針(zhen)對性💚地采取(qǔ)抗幹擾措施(shi)，電磁流量計(jì)的常見影響(xiang)因素如下。
2.1正(zhèng)交幹擾
電磁(cí)流量計的磁(ci)路系統包含(han)有兩個勵磁(ci)線圈，而🧑🏾🤝🧑🏼導管(guǎn)内的液🧑🏾🤝🧑🏼體與(yǔ)傳感器電極(ji)及轉換器結(jié)構組成了一(yi)個閉合的回(huí)路，如圖2所示(shì)。理論情況下(xia)，磁力線(圖中(zhong)B)應與閉合⭐回(hui)路相平行，但(dan)是由于裝配(pèi)過程中的誤(wù)差，導緻磁力(lì)線👈不可能完(wan)全平行于這(zhe)一閉合回路(lu)，出現部分磁(ci)力線成🏃♀️一定(ding)角度穿過回(huí)路的現🈚象，這(zhe)引起了💃🏻即使(shǐ)沒有液體流(liú)動的情況下(xia)，傳感器🌈的電(diàn)極上也會産(chǎn)生感應電動(dong)勢，就形成了(le)正交幹擾😄的(de)基本形式。
當(dāng)磁力線圈中(zhōng)的電流發生(sheng)變化時，由于(yú)傳感器電極(ji)的作用，在磁(ci)場發生轉變(biàn)的過程中，兩(liǎng)個電極所形(xing)成🏃的閉合回(hui)💜路會⛹🏻♀️産生✨相(xiang)反的感應電(dian)壓，當磁場再(zai)次發生變化(hua)時，傳感器的(de)電磁回路又(you)會再次産生(sheng)相反的感應(yīng)電壓。由于磁(ci)力線圈磁場(chǎng)的變化總是(shì)由一個穩定(ding)狀态向另一(yī)個穩定狀态(tai)進行轉變，再(zai)由此狀态轉(zhuan)變爲原狀态(tài)，因☀️此，所引起(qǐ)的電✉️極反向(xiàng)感應電壓也(yě)具有相似的(de)特質，說🌐明正(zhèng)交幹擾的産(chan)生隻與磁力(lì)線圈的磁場(chǎng)變化有關，與(yǔ)實際被測的(de)液體流量無(wú)關。因此，磁力(li)線圈的勵磁(cí)頻率是正交(jiāo)幹擾強弱的(de)主要影響因(yin)素。
2.2同相幹擾(rǎo)
在電磁流量(liang)傳感器中，部(bù)分主磁通會(hui)在流體内部(bù)形成正交幹(gàn)擾的閉合渦(wō)電流，由于交(jiāo)變電流的産(chan)生會💜導緻出(chū)現交變㊙️磁場(chang)👨❤️👨，而引起與之(zhi)正交相連的(de)🏒二次磁🆚通産(chǎn)生，同時因二(èr)次磁通的影(yǐng)響，又會引起(qǐ)✂️與二次磁通(tong)正交相連的(de)渦電流産生(shēng)，這就是同向(xiang)💋幹擾産生的(de)主要原因。
下(xià)式是由正交(jiāo)幹擾公式經(jing)過微分得到(dao)的同向幹⭕擾(rǎo)公式，通過公(gōng)示可知，同相(xiang)幹擾與流量(liang)信号相位相(xiàng)同，大小與流(liú)量無關，因此(cǐ)很難将同向(xiàng)幹擾産生⭐的(de)信号與流量(liang)信号進行分(fèn)離，隻能通過(guò)減少磁路💜系(xi)統的勵磁頻(pin)率來🏃♂️降低同(tong)向✊幹擾信号(hào)❗的影響。
er=ω2Bmsinωt=(2πf)2Bmsinωt
式中(zhōng):er爲同相幹擾(rǎo)電壓;f爲爲勵(li)磁頻率;ω和t爲(wei)常量
2.3串模幹(gan)擾與共模幹(gàn)擾
串模幹擾(rǎo)是在單端信(xin)号輸入的同(tong)時，還有多種(zhǒng)幹🌈擾信号❄️與(yu)其💋疊加在一(yī)起成爲前置(zhi)放大器的輸(shu)入信号。若幹(gàn)擾信🏒号過大(da)，容⛹🏻♀️易導緻放(fang)大器飽和而(ér)無法正常工(gōng)作。當設備存(cún)🌂在漏磁問題(tí)時，也會在周(zhōu)圍形成很強(qiang)的交變磁場(chang)，從而會🆚引起(qi)串模幹擾的(de)形成。爲了降(jiang)低串模幹擾(rao)産😍生的影響(xiǎng)，現階段的流(liu)量傳感器通(tong)常将“零阻值(zhi)”的被測✏️流體(tǐ)作爲轉換放(fang)大🆚器的接地(di)端，而傳感器(qì)的兩個電極(ji)作爲放大器(qi)的💚輸♈入端，這(zhè)就很好的📱抑(yì)制了幅度相(xiàng)等和🌐極性相(xiàng)同的串模幹(gàn)擾。共模幹擾(rǎo)主要是由于(yú)靜電幹擾引(yin)起💁的，一般情(qing)況下，共♉模幹(gan)擾不會直接(jiē)影響測量的(de)結果，但是若(ruò)轉換放大器(qì)的輸入參數(shu)存在不對稱(cheng)問💯題時🔞，共模(mo)幹擾就會轉(zhuǎn)變爲串模🛀幹(gàn)擾來影響最(zui)終的測量結(jié)果，将電解質(zhì)與金屬材💋料(liào)圈和電極進(jin)行屏蔽能夠(gou)有效地降🈲低(di)共模幹擾的(de)影響。
2.4直流幹(gàn)擾
在被測液(yè)體與電極和(hé)接液部件接(jiē)觸過程中，電(dian)解📧質🈚中的正(zheng)負離子會分(fen)别作定向運(yun)動，這會使被(bei)測液體在電(diàn)極和接液部(bù)件之間形成(cheng)電位差，通常(cháng)将這種現象(xiàng)稱爲🌈極化現(xian)象。如圖3所示(shì)，理⭕論上來說(shuo)，兩電極A和B對(dui)接液部件的(de)電位e1、e2大小相(xiang)等、方🔱向相反(fan)，此時兩電極(jí)的電位差等(děng)于零。但是，若(ruò)兩電極的材(cái)質📧或表面狀(zhuang)态存在差異(yi)，此時A、B電極之(zhī)間的電位差(cha)就不爲零，這(zhè)就形成了極(jí)化🚶♀️電壓，極化(huà)電壓與共模(mó)狀态的電壓(yā)e3一起疊加在(zài)流量信号中(zhōng)，被輸入轉換(huàn)器的差動放(fang)大器。當極化(hua)電壓過大，則(zé)會對差動放(fang)大器的輸入(rù)端造成較大(da)影響，導緻信(xin)号無法放大(dà)或流量信号(hào)的輸出波動(dòng)過🈲大，從而降(jiàng)低了電磁流(liú)量計的測量(liang)精度。
3電(dian)磁流量計的(de)抗幹擾方式(shi)
由于電磁流(liu)量計測量精(jing)度的幹擾因(yīn)素很多，且電(dian)磁流🔞量計👉的(de)💘工作條件通(tong)常也比較惡(è)劣，電磁流量(liang)計的測量準(zhǔn)确程度除受(shou)🏃到系統内部(bu)産生的信号(hào)幹擾外💃，還會(huì)不可避免的(de)受到多種環(huán)境因素的影(yǐng)💜響，電磁流量(liàng)計測量🔞的誤(wù)差，會🌐給生産(chan)帶來重大的(de)經濟損失。因(yin)此，提升流量(liàng)計的可靠性(xing)🌈與測量精度(dù)，減少幹擾對(duì)測量值的影(ying)響程度，是電(dian)磁流量計發(fā)🏃🏻展必須要做(zuo)的工作。
3.1硬件(jian)抗幹擾技術(shù)
(1)電源端所産(chan)生的幹擾是(shi)電子産品較(jiào)爲常見的精(jīng)度🏃幹擾✂️因素(su)🐆，由于這種幹(gan)擾無法完全(quan)被去除，隻能(néng)通過減小幹(gàn)擾脈沖的幅(fú)🍓度來降低其(qí)影響。在實際(jì)工作中💞常采(cai)用⛷️在交流進(jìn)線端串接入(rù)低通LC濾波器(qì)的方式來實(shi)現，這種🙇🏻方法(fǎ)在實際的工(gōng)作🌈中産生了(le)🐇顯著地效果(guǒ)💚。
(2)傳輸電纜所(suǒ)産生的雜散(sàn)電磁場會通(tōng)過感應和輻(fu)射的方🔞式進(jin)入信道而産(chan)生幹擾，利用(yong)雙芯屏蔽電(dian)纜能夠實現(xiàn)較長線路傳(chuan)輸的抗幹擾(rao)功能。對于環(huan)境更爲惡劣(lie)的情況，爲提(tí)高抗👣幹擾能(neng)力，可采用光(guang)電隔離方🚩式(shi)将系統控制(zhi)部分與I/O口部(bù)分分開，并采(cai)用雙電源供(gòng)電來降低幹(gan)擾産生的精(jīng)🏃♀️度影響。
(3)除了(le)有針對性的(de)抵抗幹擾之(zhī)外，還可以采(cǎi)取增加硬件(jiàn)⭐的方式提升(shēng)系統的整體(ti)抗幹擾能力(li)。例如:選♍擇和(hé)🈲使用抗幹擾(rao)能力強🚶的單(dān)片機;使用硬(ying)件看門狗電(dian)路;使用電壓(yā)檢測電路;盡(jìn)可能使用單(dān)片機的内部(bù)程序🔴存儲器(qi)和内部數據(jù)♋存儲器等。
3.2軟(ruan)件抗幹擾技(ji)術
(1)通過在系(xi)統程序的關(guan)鍵位置插入(ru)部分單字節(jie)指令或将單(dān)字節指令進(jìn)行重寫，從而(ér)達到恢複“跑(pǎo)飛🌈”程序的目(mù)的，這種方法(fa)稱之爲指令(ling)冗餘。指令冗(rǒng)餘的主要方(fang)法包括以下(xià)兩點:一🔞是在(zai)雙字節指令(ling)和3字節指令(ling)🙇♀️之後插入兩(liǎng)個單字節NOP指(zhǐ)令，以保證其(qí)後的指令不(bu)被拆散。二是(shì)對于程序流(liu)向起決定作(zuo)用的指令和(hé)某些對系統(tǒng)工作狀态有(you)重要作用的(de)指令的後面(mian)，可重複寫上(shang)這些指令，以(yǐ)确保這些指(zhǐ)令的正确執(zhí)行。
(2)若“跑飛”程(chéng)序進入非程(chéng)序區或者表(biao)格區時，指令(ling)冗餘則無法(fa)起到抗幹擾(rǎo)的目的，此時(shí)可采用設置(zhì)軟件陷阱對(dui)“跑飛”程序🏃♂️進(jin)行攔截，軟件(jiàn)陷阱能将“跑(pǎo)飛”程序引向(xiàng)某一位置，再(zài)通過編制的(de)程序對“跑飛(fei)”程序進行恢(hui)複。
(3)某些程序(xù)被幹擾後容(rong)易陷入死循(xun)環模式，通過(guò)程序監🔆視技(jì)術⛱️，能夠及時(shi)發現運行超(chāo)時的程序，并(bìng)采用相應的(de)方式🚶♀️使程🧑🏽🤝🧑🏻序(xù)複位，保證程(cheng)序的正常運(yun)行。
4結語
總之(zhi)，在保證電磁(ci)流量計基本(běn)使用功能的(de)前提下💋，通過(guo)🙇♀️對現階段技(ji)術的影響因(yīn)素進行分析(xi)，就能夠有針(zhēn)對性地降低(dī)幹擾對測量(liàng)結果産生的(de)影響，從♈而保(bao)證電磁流量(liang)計工作過程(cheng)的可靠性，避(bi)免因測量不(bu)準确☀️而導緻(zhì)的經濟損失(shi)和事故發生(sheng)。
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