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電磁流量計(jì)干擾噪聲的物理機(jī)理、特性及其對策
關(guān)鍵字：流量計(jì),電磁流量計(jì),傳感器,,,,,,,,,

為了對電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)加以探討，首先必須對電磁流量計(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)
 

　　下此工頻干擾噪聲的特性。在工頻正弦波勵(lì)磁磁場下，此種電磁耦合工頻干擾噪聲表現(xiàn)形式為正交干擾(見圖1 b)，又稱為變壓器電勢，其特點(diǎn)是干擾噪聲幅值和工頻正弦波勵(lì)磁頻率成正比 ，相位滯后流量信號電勢900，且幅值較流量信號電勢大幾個(gè)數(shù)量級。在低頻矩形波勵(lì)磁，三值低頻矩形波勵(lì)磁和雙頻矩形波勵(lì)磁條件，此種電磁偶合工頻干擾噪聲表現(xiàn)形式為微分干擾(見圖1c)，其波形為脈沖波形，其中幅值和磁通變化率成正比，且按指數(shù)規(guī)律衰減，一般而言其幅值比正弦波勵(lì)磁條件下的正交干擾大得多，另外此微分干擾僅在勵(lì)磁磁通變化時(shí)產(chǎn)生，而在磁通恒定時(shí)，下一個(gè)磁通發(fā)生變化之前不會(huì)產(chǎn)生微分干擾，具有時(shí)段性。
　　針對工頻正弦波勵(lì)磁下的正交干擾噪聲，采用復(fù)雜的自動(dòng)正交抑制系統(tǒng)減小正交干擾噪聲的影響，但由于正交干擾噪聲比流量信號電勢大幾個(gè)數(shù)量級正交抑制電子電路的任何不完善都將導(dǎo)致一部分正交干擾轉(zhuǎn)換成同相干擾，使工頻正弦波勵(lì)磁電磁流量計(jì)零點(diǎn)漂移，流量測量精度難以提高。
　　采用低頻矩形波勵(lì)磁、三值低頻矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁，正交干擾噪聲演變成為微分干擾。由于微分干擾具有時(shí)段時(shí)，利用同步采樣技術(shù)在磁場恒定期，即微分干擾衰減為零之后，采用寬脈沖同步采樣(工頻周期的偶數(shù)倍)，以避免串入流量信號電勢中的工頻干擾的影響。其次采用控制勵(lì)磁電流(勵(lì)磁磁通)變化率的方法減小微分干擾的幅值，但減小流量信號采樣的時(shí)間間隔；也可以采用程控增益技術(shù)使微分干擾時(shí)段增益為Odb，而恒磁通時(shí)段增益為100db，以減小微分干擾的幅值的影響。
　　對于工頻共模干擾和工頻串模干擾是常見的干擾，主要是由于電磁屏蔽缺陷、分布電容耦合、電磁流量計(jì)接地不良等原因產(chǎn)生，采用輸入保護(hù)技術(shù)、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術(shù)以及重復(fù)接地技術(shù)，工頻寬脈沖同步采樣技術(shù)等提高抗工頻干擾的能力。
2 流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲
　　電化學(xué)極化電勢干擾是由于電極感生電動(dòng)勢在兩極極性不同而導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面極化產(chǎn)生。雖然采用正負(fù)交變勵(lì)磁磁場能顯著減弱極化電勢的數(shù)量級，但不能根本上完全消除極化電勢干擾。其特性于流體介質(zhì)的性質(zhì)、電極材料性質(zhì)、電極的外形尺寸形狀有關(guān)，具有變化緩慢，數(shù)量級不大等特點(diǎn)，如圖2所示流體電化學(xué)電勢干擾及其解決方法。因此選擇合適的電極材料(如碳化鎢)，設(shè)計(jì)最佳的電極形狀的尺寸是減小極化電勢的有效方法之一；另外采用正負(fù)兩極性交變的矩形波勵(lì)磁技術(shù)配合微處理器同步寬脈沖采樣技術(shù)，到用微處理器運(yùn)算功能前后兩次采樣值相減消除流量信號電勢中的極化電勢干擾。
 
　　泥漿干擾是在測量泥漿、纖維漿等液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)，固體顆粒或者氣泡擦過電極表面時(shí)，電極表面的接觸電化學(xué)電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲如圖3所示。在勵(lì)磁頻率較低時(shí)，泥漿干擾的數(shù)量級較大，高頻時(shí)干擾數(shù)量級較小，具有1/f的頻譜特性。提高抗泥漿干擾的能力必須采用較高頻率的矩形波勵(lì)磁，以提高電磁流量傳感器輸出的信噪比，但會(huì)犧牲電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性。另外也可采用流量信號變化率限制方法以剔除脈沖干擾對電磁流量計(jì)的影響，但會(huì)犧牲儀表的響應(yīng)速度。
　　流體流動(dòng)噪聲是在測量低導(dǎo)率液體(100vs/cm以下)流體流量時(shí)，電極的電化學(xué)電勢定期波動(dòng)，產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲，具有類似泥漿干擾的1/f頻譜特性，因此提高勵(lì)磁頻率有助于降低流體流動(dòng)噪聲的數(shù)量級，以提高電磁流量傳感器測量低導(dǎo)電率流體流量的信噪比。

3 供電電源性干擾
　　電磁流量計(jì)一般都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的變化都會(huì)給電磁流量計(jì)帶來電源性干擾噪聲。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩(wěn)壓，一般而言電源電壓的幅值變化對電磁流量的測量精度影響不大。當(dāng)電源電壓的頻率波動(dòng)時(shí)，雖然其波動(dòng)范圍有限，但對電磁流量計(jì)測量精度影響較大。在智能矩形波勵(lì)磁電磁流量計(jì)中采用寬脈沖采樣技術(shù)，其脈沖寬度為工頻周期的整數(shù)倍，具同步于工頻周期，以完全消除工頻干擾，但前提條件是工頻噪聲干擾基本不變。當(dāng)供電電源頻率波動(dòng)時(shí)，流量信號采樣時(shí)使前后的工頻噪聲不能完全相同，雖然采用同步勵(lì)磁技術(shù)、同步采樣技術(shù)仍然不能完全消除工頻干擾噪聲，必須采用相應(yīng)的頻率補(bǔ)償技術(shù)，使勵(lì)磁電流、采樣脈沖，A/D 轉(zhuǎn)換同步于頻率的變化。
 
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