摘要:電磁(cí)流量計在我(wǒ)國工業、制造(zao)業及其他行(háng)業的應📞用十(shí)分廣泛，在液(ye)體流量測量(liàng)方面起到了(le)不可替代的(de)重要作用🛀。由(yóu)于流量計測(ce)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(ji)損失，因此，通(tōng)過研究電磁(cí)流量計精度(du)的💔影響因素(sù)，分析提升測(cè)量🌈精度的方(fang)法❄️和測量過(guò)程中的抗幹(gàn)擾能力具有(yǒu)十分重要🏃♀️的(de)意義。
随着我(wǒ)國科學技術(shu)和經濟的不(bu)斷發展與進(jin)步，電磁流量(liàng)計在🍉我國的(de)工業、技術檢(jian)測和管理等(deng)很多領域❗得(de)到了廣泛的(de)☔使用♌，電磁流(liu)量計具有良(liáng)好的耐腐蝕(shi)性，并具備可(ke)靠♈性高、适應(yīng)性強的特點(dian)。近年來，各個(ge)領域在不斷(duan)探索新技術(shu)的同時，對電(dian)磁流量計的(de)正确程度和(he)穩定🧡性也提(tí)出了更高的(de)要求。能夠影(yǐng)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(rǎo)因素，就能夠(gòu)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(liàng)計工作的可(kě)靠性。
1基本原(yuán)理介紹
電磁(ci)流量計是以(yǐ)法拉第電磁(cí)感應定律爲(wèi)理論基礎而(ér)🏃🏻♂️制造的一種(zhǒng)流量計。電磁(cí)流量計在工(gong)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(dāng)被測液體在(zai)導管中通過(guo)磁場區域時(shí)，會做切割磁(cí)力線運動，此(cǐ)時就可以通(tong)過電極🏃♂️傳感(gǎn)器将導管内(nèi)的流量轉換(huàn)成爲感應電(diàn)勢信号，并将(jiang)信号傳遞給(gěi)轉換器。轉換(huàn)💘器将獲取的(de)各種不同的(de)流量信号進(jin)行分析🔞、對比(bǐ)和放大，最終(zhong)轉換成爲标(biao)準的信号輸(shu)出⛷️給積算儀(yí)，積算儀通過(guò)對信号⛹🏻♀️的處(chu)理，将測得的(de)流量在儀表(biao)上顯示，并對(dui)測量結❓果進(jìn)行一定的記(ji)錄，其基礎工(gong)作流程如圖(tú)1所示。
2電磁流(liu)量計精度影(yǐng)響因素分析(xi)
電磁流量計(ji)的幹擾信号(hao)有很多，這些(xie)幹擾信号會(hui)和☁️實際的♊流(liú)✌️量信号相混(hùn)合，産生一種(zhong)十分複雜的(de)數據處理情(qing)況。因此，要提(tí)高電磁流量(liàng)計對液體的(de)測量精度，就(jiù)必須對這❌些(xiē)幹擾👣信号産(chan)生的原因進(jìn)行分析與總(zǒng)結，以便有針(zhen)對性💚地采取(qu)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(zheng)交幹擾
電磁(cí)流量計的磁(cí)路系統包含(hán)有兩個勵磁(ci)線圈，而導管(guan)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(hui)路，如圖2所示(shi)。理論情況下(xià)，磁力線(圖中(zhong)B)應與閉合回(hui)路相平行，但(dàn)是由于裝配(pei)過程中💛的誤(wù)差，導緻磁力(lì)線不可能完(wán)全平行于這(zhe)一閉合回路(lù)，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(dòng)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(shēng)變化時，由于(yu)傳感器電極(jí)的作用😍，在磁(cí)場發生轉變(bian)的過程中，兩(liang)個電極所形(xing)成💁的閉合回(hui)🈚路會🍉産生相(xiàng)反的感應電(diàn)壓，當磁場再(zài)次發生變化(huà)時，傳感器的(de)電磁回路又(yòu)會再次産生(sheng)相反的🔴感應(ying)電壓🈚。由于磁(ci)力線圈磁場(chǎng)🔞的變化總🌈是(shi)由一個穩定(dìng)狀态向另♊一(yi)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(xiang)感應電壓也(yě)具有相似的(de)特質，說明正(zheng)交幹擾的産(chǎn)生隻與磁力(lì)線圈的磁場(chang)變化有關，與(yu)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(rao)
在電磁流量(liàng)傳感器中，部(bu)分主磁通會(huì)在流體内部(bu)🌈形成正交❓幹(gàn)擾的閉合渦(wo)電流，由于交(jiāo)變電流的産(chan)生會導緻出(chu)現📧交變磁場(chang)，而引起與之(zhi)正交相連的(de)二次磁通産(chan)生🧑🏽🤝🧑🏻，同時因🏃♀️二(èr)次磁通的影(ying)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(xiàng)幹擾産生的(de)主要原因。
下(xià)式是由正交(jiao)幹擾公式經(jing)過微分得到(dao)的同向幹擾(rao)公式，通過公(gōng)示可知，同相(xiàng)幹擾與流量(liàng)信号相位相(xiang)同，大小與流(liu)量無🔞關，因此(ci)很難将同向(xiàng)幹擾産生的(de)信号與流量(liàng)信号進行分(fèn)離，隻能通過(guò)減少磁路系(xì)統的勵磁頻(pín)率來降低同(tong)向幹擾信号(hào)的影響。
er=ω2Bmsinωt=(2πf)2Bmsinωt
式中(zhong):er爲同相幹擾(rǎo)電壓;f爲爲勵(lì)磁頻率;ω和t爲(wei)常量
2.3串模幹(gàn)擾與共模幹(gàn)擾
串模幹擾(rǎo)是在單端信(xin)号輸入的同(tóng)時，還有多種(zhong)幹擾📞信号與(yǔ)🛀🏻其疊加在一(yī)起成爲前置(zhi)放大器的輸(shu)入信号。若幹(gan)🔞擾信号過大(dà)，容易導緻放(fàng)大器飽和而(er)無㊙️法正常❗工(gong)作。當設備存(cún)在漏磁問題(ti)時，也會在周(zhōu)圍形成很強(qiáng)🤩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(xiang)，現階段的流(liu)量👅傳感器通(tong)常将💁“零阻值(zhí)”的被測🔆流體(ti)作爲轉換♻️放(fàng)大✍️器的接地(dì)端，而傳感器(qi)的兩個電極(jí)作爲放大器(qi)的輸入端，這(zhè)就很好的👨❤️👨抑(yì)制了幅度相(xiang)等和極性相(xiàng)同的串模幹(gàn)擾。共模幹擾(rao)主要是由于(yú)靜電幹擾引(yǐn)起的，一般情(qing)況下，共模幹(gàn)擾不會直接(jie)影響測量的(de)結果，但是若(ruò)轉🔴換放大器(qi)的輸入參數(shu)存在不對稱(chēng)問❓題時，共模(mó)幹擾就會轉(zhuan)變爲串模幹(gan)擾來影響最(zuì)終的測量結(jié)果，将電解質(zhi)與金屬材料(liào)圈和電極進(jìn)行屏蔽能夠(gòu)有效地降低(di)共模幹擾的(de)影響。
2.4直流幹(gan)擾
在被測液(ye)體與電極和(hé)接液部件接(jie)觸過程中，電(diàn)解🌈質中的正(zheng)🔴負離子會分(fèn)别作定向運(yùn)動，這會使被(bei)測液體在電(dian)極和接液部(bu)件之間形成(cheng)電位差，通常(chang)将🎯這種現象(xiàng)稱爲極化現(xian)👉象。如圖3所示(shi)，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(fǎn)，此時兩電極(ji)的電位差等(děng)于🎯零。但是，若(ruò)兩💋電極的材(cái)質或表面狀(zhuàng)态存在差異(yi)，此時A、B電🏃極之(zhī)間的電位差(chà)就不爲零，這(zhe)就形成了極(jí)化電壓，極化(huà)🐆電壓與共模(mó)狀态的電壓(ya)e3一起疊加在(zài)流量信号中(zhōng)，被輸🈲入轉換(huan)器的差動放(fang)大器。當極化(huà)電壓過大，則(zé)會對差動放(fang)大🤞器的輸入(rù)端造成較大(dà)影響，導緻信(xin)号無法放大(da)或🙇♀️流量信号(hào)的輸出波動(dòng)過🔞大，從而降(jiang)低了電磁流(liú)量計的測量(liang)精度。
3電(diàn)磁流量計的(de)抗幹擾方式(shì)
由于電磁流(liu)量計測量精(jing)度的幹擾因(yīn)素很多，且電(diàn)磁流量計的(de)工作條件通(tong)常也比較惡(è)劣，電磁流量(liàng)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(hui)不可避免的(de)受到多種環(huan)境因素的影(yǐng)🏃🏻響，電磁流量(liang)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(dui)測量值的影(yǐng)響程度，是電(dian)磁流量計發(fa)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(jiao)爲常見的精(jīng)🏃♀️度幹擾因素(su)，由于這種幹(gàn)擾無法完全(quan)被去除，隻能(neng)通過減小幹(gan)擾🚩脈沖的幅(fú)度來降低其(qi)影響。在實際(ji)工作中✂️常采(cǎi)用在交流進(jin)線端串接入(ru)低通LC濾波器(qì)的方式來實(shi)現，這種方法(fa)在實🧡際的工(gong)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(yòng)雙芯屏蔽電(diàn)纜能夠實現(xiàn)較長線路傳(chuán)輸的抗幹擾(rǎo)功能。對于環(huan)境更爲📐惡劣(lie)的情況，爲提(ti)高抗幹擾能(neng)力，可采用光(guang)電隔離方式(shì)将系統控制(zhì)部分與I/O口部(bu)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(cai)取增加👨❤️👨硬🙇🏻件(jiàn)📧的方式提升(shēng)系統的整體(tǐ)抗幹擾能力(lì)。例如:選擇和(he)使用抗幹擾(rao)能💜力強的單(dān)片機;使用硬(yìng)件看門狗電(diàn)路;使用電壓(ya)檢測電路;盡(jin)可能使用單(dan)片機的内部(bù)程序存儲器(qi)和内部數據(ju)🏃🏻存儲器等。
3.2軟(ruǎn)件抗幹擾技(jì)術
(1)通過在系(xì)統程序的關(guan)鍵位置插入(rù)部分單字節(jiē)指令或将單(dān)🐅字節指令進(jin)行重寫，從而(er)達到恢複“跑(pǎo)飛🈲”程序💔的目(mu)的，這種方法(fǎ)稱🌐之爲指令(ling)冗餘。指令冗(rong)餘的主要🌍方(fang)法包括以下(xia)🔱兩點:一是在(zai)雙字節指令(lìng)和3字節指令(lìng)之後插入兩(liang)個單字🈲節NOP指(zhǐ)令，以保證其(qí)後🆚的指令不(bú)被拆散。二是(shi)對于程序流(liu)向起決定作(zuò)用的指令和(he)某些♍對系統(tǒng)工作狀🌏态有(you)重要作用的(de)指令的後面(miàn)，可重複寫上(shang)這些指令，以(yǐ)确保這些指(zhǐ)令✏️的正确執(zhi)行。
(2)若“跑飛”程(chéng)序進入非程(cheng)序區或者表(biǎo)格區時，指令(ling)冗餘🔞則無法(fa)起🔴到抗幹擾(rǎo)的目的，此時(shi)可采用設置(zhì)軟件陷阱對(duì)👅“跑飛”程序進(jin)行攔截，軟件(jian)陷阱能将“跑(pǎo)飛”程序引向(xiang)某一位置，再(zài)🌂通過編制的(de)程序對“跑飛(fei)”程🈚序進行恢(huī)複。
(3)某些程序(xù)被幹擾後容(rong)易陷入死循(xun)環模式，通過(guo)程序監視✔️技(jì)術，能夠及時(shí)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(zhī)，在保證電磁(ci)流量計基本(ben)使用功能的(de)前提下，通過(guò)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(di)幹擾對☔測量(liang)結果産生的(de)影響，從♌而保(bao)證電磁流量(liàng)計工作過程(chéng)的可靠性，避(bì)免因測量不(bú)準确而導緻(zhì)的經濟損失(shi)和事故發生(shēng)。
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