摘要:本文(wén)簡要闡述(shu)了幾種 電(dian)磁流量計(jì) (EMF)的抗幹擾(rǎo)技術。同時(shí),讨論了電(dian)磁流量計(jì)三類幹擾(rǎo)噪📧聲産生(shēng)💁的物理機(jī)理和特征(zheng)。研究了矩(ju)形波勵磁(cí)型智能電(diàn)🔱磁流量計(ji)的硬件和(hé)軟件抗幹(gan)擾技術,爲(wèi)實現智能(néng)電磁流量(liàng)計 的高精(jing)度、高可靠(kào)性、高抗幹(gan)擾能力奠(diàn)定了堅實(shí)的技術基(jī)礎。
1概述
　　電(diàn)磁流量計(ji)是基于導(dǎo)電性流體(ti)在磁場中(zhōng)運動所産(chan)❌生的感✂️應(ying)👅電勢來推(tuī)算流體流(liu)量的測量(liàng)儀表,其基(ji)本工作原(yuan)理是電磁(ci)感應定律(lǜ)。因此電磁(cí)耦合靜電(diàn)感應是電(dian)磁流量計(ji)幹擾噪🌈聲(sheng)的首要來(lái)源;被測流(liú)體介質特(tè)性産生的(de)電化學幹(gàn)擾噪聲是(shì)電磁流🏃🏻‍♂️量(liàng)計幹擾噪(zào)聲的第二(er)來🔞源;電磁(cí)流量計供(gòng)電電源👌的(de)電壓和頻(pin)率波動等(deng)電源幹擾(rǎo)噪聲是電(dian)磁流量計(ji)幹擾噪🍉聲(shēng)的第✉️三來(lai)源。以上三(san)類幹擾噪(zao)聲的來源(yuan)、機理、特性(xìng)不同。對電(dian)磁流量計(jì)的影響方(fang)式不同,相(xiang)應采用的(de)抗幹擾措(cuò)施也不同(tóng)。本文結合(hé)雙頻矩形(xing)波勵磁智(zhi)能電磁流(liú)量計的研(yan)究工作,着(zhe)重就智🔴能(neng)電磁流量(liàng)計抗幹擾(rǎo)技術🏃🏻加以(yi)探讨,提出(chū)一些抗幹(gan)擾的對策(ce),以供智能(néng)儀器研究(jiū)設計參考(kao)。
2電磁流量(liàng)計幹擾噪(zào)聲的物理(lǐ)機理、特性(xing)及其對策(cè)
　　爲了對電(diàn)磁流量計(jì)抗幹擾技(ji)術加以探(tàn)讨,首先必(bì)須對電㊙️磁(ci)流量計幹(gàn)擾噪聲産(chǎn)生的物理(li)機理和特(te)性加以分(fen)析研究,從(cong)而根據各(ge)種幹擾噪(zao)聲的特性(xing)采用相應(ying)的抗幹擾(rǎo)對策,以提(ti)高電磁流(liu)量計抗幹(gan)擾的能力(lì)。
2.1工頻幹擾(rao)噪聲
　　工頻(pín)幹擾噪聲(shēng)是由電磁(cí)流量傳感(gǎn)器勵磁繞(rao)組和流體(ti)、電極、放🥵大(da)器輸入回(huí)路的電磁(cí)耦合,其二(èr)是電磁流(liú)量計工作(zuò)現場的工(gōng)頻共模幹(gan)擾,其三是(shì)供電電源(yuán)引入的工(gōng)頻串模幹(gan)擾等🐕,其産(chǎn)生的物理(li)機理均是(shi)電磁感應(yīng)原理。首先(xian)就電♍磁流(liu)量傳感器(qi)勵磁繞組(zǔ)和流體、電(diàn)極、放大器(qi)輸入回路(lù)的電磁耦(ǒu)合産🙇‍♀️生的(de)工頻幹擾(rao)對電磁流(liú)量計工作(zuò)影響最大(dà),而且在不(bú)同的勵磁(ci)技術下其(qi)表現的形(xing)态、特性不(bú)同,因而💚采(cai)取抗幹擾(rao)措施🔴也不(bu)同,電磁流(liú)量傳感器(qì)原理見圖(tu)1(a)。在工頻正(zhèng)弦波勵磁(ci)磁場下,此(cǐ)種電磁耦(ǒu)合工頻幹(gàn)擾噪聲表(biǎo)現形式爲(wèi)正交幹擾(rǎo)(見圖1b),又稱(chēng)爲變壓器(qi)電勢,其🔞特(te)點是幹擾(rao)噪聲幅值(zhí)和工頻正(zhèng)弦波勵磁(ci)頻率成正(zhèng)比,相位滞(zhi)後流量信(xin)号電勢90°,且(qie)幅值較流(liu)量信号電(dian)勢大幾個(ge)數量級。

　　對于(yu)工頻共模(mó)幹擾和工(gong)頻串模幹(gàn)擾是常見(jiàn)的幹💜擾,主(zhǔ)要💋是由于(yu)電磁屏蔽(bi)缺陷、分布(bu)電容耦合(he)、電磁♉流量(liang)計接地不(bu)良等原因(yīn)💘産生,采用(yong)輸入保護(hu)技術🈲、高輸(shu)入阻抗、高(gao)👨‍❤️‍👨共模抑制(zhì)比自舉前(qián)置放大器(qi)技術以及(ji)重複接地(di)技術⁉️,工頻(pin)寬脈沖同(tóng)步采樣技(jì)術等提高(gāo)抗工頻幹(gàn)擾的能力(li)。
2.2流體介質(zhì)特性産生(sheng)的電化學(xue)幹擾噪聲(sheng)
(a)電化學極(ji)化電勢幹(gàn)擾是由于(yú)電極感生(shēng)電動勢在(zai)兩💔極㊙️極性(xing)不☎️同而導(dao)緻電解質(zhì)在電極表(biǎo)面極化産(chǎn)生。雖然采(cai)用正負交(jiao)變勵🔞磁磁(cí)場能顯著(zhe)減弱極化(hua)💞電勢的數(shù)量級,但不(bú)能根本上(shàng)完全消除(chu)極化電勢(shì)⁉️幹擾。
(b)泥漿(jiāng)幹擾是在(zai)測量泥漿(jiāng)、纖維漿等(děng)液固兩相(xiang)導電性流(liu)體流量時(shí),固體顆粒(lì)或者氣泡(pao)擦過電極(ji)表面時,電(diàn)極表面的(de)接觸♈電化(hua)學電勢突(tu)然變化,電(dian)磁流量傳(chuan)感器輸出(chū)信号出現(xiàn)尖峰脈沖(chòng)狀幹擾噪(zào)聲。
(c)流體流(liu)動噪聲是(shi)在測量低(dī)導率液體(ti)(100vs cm以下)流體(tǐ)流量時,電(dian)極的😘電化(hua)學電勢定(ding)期波動,産(chan)生随流量(liang)增加而頻(pín)率增加的(de)随機幹擾(rao)噪聲,具有(yǒu)類似泥漿(jiāng)幹擾的1 f頻(pin)譜特性,因(yīn)此提高勵(lì)磁㊙️頻率有(you)助于降低(di)流體流動(dong)噪❌聲的數(shu)量級,以提(tí)高電磁流(liú)量☂️傳感器(qì)測量低導(dǎo)電率流體(tǐ)流量的信(xin)噪比。
2.3供電(dian)電源性幹(gàn)擾
　　電磁流(liu)量計一般(bān)都采用工(gōng)頻交流電(diàn)源供電,其(qí)電源🚩電壓(yā)的幅值和(he)頻率的變(biàn)化都會給(gei)電磁流量(liàng)計帶來電(dian)源性幹擾(rǎo)噪💃🏻聲。對電(diàn)源電壓的(de)幅值變化(hua),因采用多(duo)級集成穩(wěn)壓,一般而(ér)言電源電(dian)壓的幅值(zhi)變化對電(dian)磁💋流量的(de)測量精度(dù)影響不大(da)。當☔電源電(dian)壓的頻率(lü)波動時,雖(sui)然其波動(dong)範圍有限(xiàn)✌️,但對電磁(cí)流☀️量計測(cè)量精度影(yǐng)響較大。
3智(zhì)能電磁流(liú)量計硬件(jian)抗幹擾技(ji)術
　　綜合上(shang)述電磁流(liú)量計幹擾(rao)噪聲産生(shēng)的物理和(hé)特性分析(xi),智能電磁(cí)流量計分(fen)别采用硬(ying)件和軟件(jian)幹擾技術(shù),以提高電(diàn)磁流量⚽計(jì)抗幹擾能(neng)力。
3.1新型勵(lì)磁技術是(shì)提高電磁(ci)流量計抗(kang)幹擾能力(li)的🔱重要手(shǒu)🌈段
　　電磁流(liu)量計勵磁(ci)技術的發(fa)展,不僅減(jiǎn)弱電極極(jí)化電勢、泥(ní)漿幹擾、流(liu)動噪聲的(de)影響,又能(neng)改變工頻(pín)幹擾的❗形(xing)态,便于同(tong)步采樣技(jì)術處理工(gōng)頻幹擾噪(zào)聲,以避免(miǎn)工頻幹擾(rao)的影響。目(mu)前電磁流(liu)量傳感器(qì)采用工頻(pín)頻率同步(bu)三值低頻(pin)矩形勵磁(cí)和雙頻矩(jǔ)形🐅波勵磁(cí),從而提高(gāo)電磁流量(liang)計整個抗(kàng)幹擾能力(li),提高電磁(ci)流量計的(de)測量精度(dù)和可靠性(xing)。
3.2前置放大(da)器的設計(ji)是提高抗(kang)幹擾能力(li)的首要環(huan)節
　　電磁流(liú)量傳感器(qi)輸出流信(xin)号十分微(wei)弱,内阻抗(kang)較高,因此(ci)高輸入阻(zǔ)抗、低漂移(yí)、低噪聲、高(gāo)CRMM前置放大(da)器才能滿(mǎn)足抗同相(xiang)共模幹擾(rao)的要求。前(qian)置放大器(qi)采用JFET高輸(shū)入阻抗電(dian)壓緩沖器(qì),低漂移低(di)噪聲減法(fa)器,精密電(dian)阻精心匹(pi)配組成儀(yi)用㊙️放大器(qì),并采用輸(shū)入保護技(jì)術,共模電(dian)壓自舉技(jì)術和接地(di)技術大大(dà)提高抗共(gong)模幹擾的(de)能力,抑制(zhì)零點漂移(yi)的影響。


3.3同步采(cai)樣的頻率(lǜ)補償技術(shù)
　　同步采樣(yàng)和工頻電(diàn)源頻率監(jiān)視補償技(ji)術,是提高(gao)抗流量信(xin)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻号電勢中(zhong)混入工頻(pín)幹擾和工(gōng)頻電源頻(pín)率波動産(chǎn)生工頻幹(gàn)🌈擾能力的(de)有效方法(fa)。同步采樣(yàng)技術,其采(cai)樣脈寬爲(wei)工頻周期(qī)📧的整數倍(bèi),使流量信(xin)🏃号電勢中(zhong)工頻幹擾(rao)平均值等(deng)于零,以消(xiāo)除工頻幹(gàn)擾的影響(xiǎng);工頻電源(yuán)的頻率波(bo)動補償是(shì)保證頻率(lü)的動态波(bō)動中,勵磁(cí)電源和采(cǎi)樣脈沖得(de)以同步調(diào)整,真正實(shi)現同步采(cǎi)樣技術和(hé)同步勵磁(ci)技術,同步(bu)A D轉換,以降(jiang)低工頻幹(gan)擾的影響(xiang)。
3.4采用新型(xíng)HCMOS系列芯片(pian)技術
　　采用(yong)74HC系列芯片(pian)技術較采(cai)用74LS系列芯(xin)片其低噪(zao)聲容限💋提(tí)高2.4倍,高燥(zào)聲容限提(tí)高2.1倍,智能(néng)電磁流量(liàng)計整個硬(yìng)❗件采用74HC系(xì)列芯片,不(bu)僅降低整(zheng)個功耗,而(ér)且提❓高元(yuán)器件本身(shēn)抗幹擾能(néng)力,爲🔴電磁(cí)流量計小(xiao)型輕量一(yī)體化奠定(ding)了基礎。
3.5微(wēi)處理器系(xi)統電源電(diàn)壓監視技(jì)術
　　智能電(dian)磁流量計(jì)中微處理(lǐ)器系統當(dang)電源瞬态(tai)欠✌️壓,勵磁(cí)⛱️開關👅脈沖(chòng)動作都會(hui)造成微處(chù)理器誤動(dong)作,數據丢(diū)失等現象(xiang),因此必須(xū)采用可靠(kào)的複位電(dian)路和電源(yuan)電壓監視(shì)技術。最簡(jiǎn)單實用的(de)方法是采(cai)用低成本(ben)電源配合(hé)高靈敏度(dù)的㊙️電源電(dian)壓監視器(qì),提高微處(chu)理器系統(tong)和抗幹擾(rǎo)能力。如圖(tu)2所示微處(chù)理器電壓(ya)監視器,其(qi)采用TL7705CP電源(yuán)電👌壓監視(shì)器芯片,具(ju)有電源加(jia)電、電源瞬(shùn)時欠壓均(jun)能産生可(ke)靠的複位(wei)信号。
4智能(néng)電磁流量(liàng)計軟件抗(kàng)幹擾技術(shù)
　　智能電磁(cí)流量計固(gù)化在EPROM中的(de)軟件配合(he)硬件除完(wan)成智能電(diàn)磁流量計(ji)的正常功(gong)能外,必須(xu)具備較強(qiáng)的抗幹擾(rao)能力和容(rong)錯能📧力,組(zu)成完善的(de)應用程序(xu)🚩。
4.1數字濾波(bō)技術
　　數字(zi)濾波技術(shù)是智能儀(yí)器中最常(cháng)采用的技(jì)術,能🐆夠完(wán)成模拟濾(lǜ)波器不能(néng)完成的功(gong)能,很容易(yi)解決脈沖(chòng)🐕幹擾剔除(chú)、數字電路(lù)🧡毛刺幹擾(rao)消除、A D轉換(huan)器的抗工(gōng)頻🔞能力以(yi)及輸入微(wei)處理器數(shu)字的可靠(kào)性問題。
4.2程(cheng)控放大器(qì)技術
　　程控(kong)放大器技(jì)術即解決(jue)電磁流量(liang)計量程自(zi)動轉換🍉問(wen)題,同時⭕利(lì)用增益控(kòng)制方法有(yǒu)效削弱微(wēi)分幹🌈擾峰(feng)值使放大(dà)器過載的(de)問題,便于(yu)流量信号(hao)電勢☁️處理(lǐ),提高抗微(wēi)分幹擾⚽的(de)能力❗。
4.3微處(chù)理器硬件(jian)故障自診(zhen)斷技術
　　微(wei)處理器硬(yìng)件故障自(zì)診斷技術(shu)是采用軟(ruan)件容錯設(shè)計,極大地(dì)提高硬件(jiàn)系統的可(kě)靠性,從而(ér)提高整☁️個(ge)智能電磁(cí)流🌈量計的(de)抗幹擾能(néng)力。具體包(bāo)括CPU自診斷(duan),定時器診(zhen)斷,中斷功(gong)💃能診斷,RAM診(zhen)斷,A D通道診(zhěn)斷和校正(zhèng),D A通道診🔞斷(duàn),數字I O口通(tōng)道的診斷(duàn)等部分,涉(she)及到智能(neng)電磁流量(liang)計的關鍵(jian)部件。
4.4微處(chù)理器抗幹(gàn)擾技術
　　上(shang)述各種抗(kàng)幹擾措施(shi)是解決輸(shū)入、輸出通(tong)道中的各(gè)種幹♋擾問(wen)題,當幹擾(rǎo)噪聲沒有(yǒu)作用到微(wei)處理器本(běn)身時,微處(chu)理器仍然(ran)正确無誤(wù)地執行各(ge)種抗幹擾(rǎo)軟件,消除(chu)或者削弱(ruò)幹擾噪聲(sheng)對電磁流(liu)量計輸🥵入(rù)輸出通⭕路(lu)的影響,當(dang)幹擾噪♈聲(shēng)通過三總(zǒng)線等作用(yong)到微處理(lǐ)♌器本身,CPU将(jiāng)不能按正(zheng)常狀态執(zhi)行程序♻️,導(dao)緻智能電(diàn)👄磁🏃‍♂️流量計(ji)整個工作(zuò)混亂,爲了(le)提高微處(chù)理器自📞身(shēn)的抗幹擾(rao)能力采用(yòng)硬件和軟(ruǎn)件相配合(he)的多種抗(kang)幹擾措施(shī)。多種複位(wèi)方式解決(jue)失控的CPU最(zuì)簡單的方(fang)法,掉電保(bao)護技術,軟(ruan)件指令冗(rong)餘措施,軟(ruǎn)件陷阱抗(kàng)幹擾方法(fa)也💔是排除(chu)智能電磁(ci)流量計微(wei)處理器失(shī)控的有效(xiào)方法🔅。
4.5程序(xu)運行監視(shi)系統(WATCHDOG)
　　智能(neng)電磁流量(liang)計采用程(chéng)序運行監(jian)視系統以(yi)監視微處(chù)理器執🧑🏾‍🤝‍🧑🏼行(háng)應用程序(xù)的狀況,當(dang)程序正彈(dàn)到一個臨(lín)時構成的(de)死循♈環中(zhong)時看門狗(gǒu)能及時發(fa)并強迫系(xì)統複位,擺(bǎi)脫死循環(huán)狀态,圖3所(suǒ)示是由硬(ying)件和軟件(jiàn)配合構成(chéng)的程序運(yun)行監視器(qi)。
5結束語
　　智(zhi)能電磁流(liú)量計多種(zhǒng)抗幹擾技(jì)術的采用(yòng),使電磁流(liú)量計抗幹(gàn)擾能力增(zēng)強,精度和(hé)可靠性提(ti)高,不僅實(shi)現了電磁(ci)流量計小(xiao)型🔞輕量一(yi)體化智能(neng)化,而且推(tui)動了電磁(cí)流量計的(de)✏️廣泛應用(yong),開拓了電(diàn)磁流量計(jì)的潛在市(shì)場。

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