電磁(ci)流量計工作原理(lǐ) 基于法拉第電磁(ci)感應定律,通過測(cè)量導電流體在🛀🏻磁(ci)場中💯的感應電動(dòng)勢來推算流體流(liu)量。勵磁磁場🌈、感應(ying)♋電動勢采集電極(ji)、信号運算放大電(diàn)路以及模🧡數轉換(huàn)⚽器都容易受到工(gong)作現場的電場和(hé)磁場輻射耦合,因(yin)此電磁耦⛷️合是流(liu)量測量中最主要(yao)的幹擾方式; 其次(cì)被測液體的電化(huà)學反應🏃🏻‍♂️和泥漿幹(gàn)擾🐉是流量測量的(de)另一噪聲來源🏃🏻‍♂️。
1. 1 微(wei)分幹擾産生機理(lǐ)及對策 電磁流量(liàng)計中噪聲的産生(sheng)機理👅及對策
    在現(xian)行的 電磁流量計(ji) 設計中,低頻矩形(xíng)波勵磁方式結合(he)了直流勵磁和交(jiao)🎯流勵✨磁兩者的優(yōu)點, 成爲主要勵磁(cí)方式之一。在低頻(pín)勵磁方式下, 其👣幹(gàn)擾☀️主要表現爲: 由(you)勵磁電流突變産(chǎn)生的微分幹擾信(xin)号[ 1] 。理想勵磁磁場(chǎng)信号爲低頻矩形(xing)波, 實際上随着勵(li)磁電流變化🏃🏻‍♂️ ( dI /dt)在磁(ci)場上🙇🏻産生微分幹(gàn)擾信号, 随着🏃🏻‍♂️電流(liu)的穩定, 幹擾信号(hao)随✊之消失, 因此🌈同(tóng)🔞步采樣技術可以(yǐ)有效抑制微✏️分幹(gan)擾信号。實際設計(jì)中, 模數轉化器使(shǐ)⭕用 AD 公司的 24位 Sigma Delta模數(shu)轉化器 AD7714。 AD7714 可以分别(bie)采用硬件和軟件(jiàn)方式進行采樣開(kāi)始時間控制, 從而(ér)實現同🌈步采樣。采(cai)用軟件方❌式時, 當(dang)控制寄存器中FSYNC位(wei)爲邏輯 1時, 模數轉(zhuan)換器處于複位狀(zhuàng)态; 向該位寫邏輯(ji) 0時, 器件開始采樣(yang)輸入信号。在應用(yòng)中,低頻勵磁🌈信号(hào)由 M SP430單片機内部定(ding)時器産生, 同時産(chǎn)生采樣信号。如圖(tú) 1所示, 采樣開始時(shi)‼️間滞後勵磁信号(hao)14 個周期。
1. 2 工頻串模(mó)幹擾産生機理及(jí)對策
    在電磁流量(liang)計的工作現場存(cun)在大量工頻信号(hao), 疊加在勵💃🏻磁回路(lu)、 電極、 前端放大器(qì)的工頻幹擾噪聲(shēng)對流量的準确🌈測(cè)量造成極大影響(xiǎng)。其中輻射耦合到(dao)勵磁回路的工頻(pin)輻射磁場 (包括其(qí)諧波 )造成勵磁磁(ci)場波動,影響流量(liang)測量。

    當流體流速(sù)較小時, 工頻幹擾(rao)信号與有效流量(liàng)信👄号在同一⛱️數量(liang)級, 嚴重影響測量(liàng)結果。已知工頻耦(ǒu)合噪❄️聲基波頻率(lǜ)爲 50 Hz , 因此可以采用(yòng)模拟或數字濾🤞波(bō)器使濾波器帶寬(kuān)限制在 50 Hz以内以抑(yì)制噪聲。在實際應(ying)用中📧使用 Sigma Delta模數轉(zhuǎn)換器 AD7714内部包含的(de)數字濾波模塊, 數(shù)字濾波器相對模(mó)拟濾波器除具有(yǒu)靈活性✏️高、參數設(she)置🐇方便等特點之(zhī)外,還可以降低 A /D 轉(zhuǎn)換期間引入的噪(zao)聲。AD7714數字濾波器爲(wèi) ( sinx /x )3低通濾波器, 其在(zài)頻域的傳遞函數(shu)爲:

式中: fs爲采樣頻(pin)率; AD7714采樣頻率爲 1912 kHz ; N爲(wei)濾波采樣個數; f 爲(wèi)數字濾波🍓器響應(yīng)頻率。通過設定濾(lü)波采樣個數可以(yi)改變數字濾波器(qì)的截🔱止頻率和一(yi)次陷波頻率。在本(běn)設計中綜合考慮(lü)模數轉換速度和(hé)去除噪聲🛀🏻性能, 設(shè)置 N 值使濾波器截(jié)止頻率爲 50 Hz, 濾波器(qì)頻域響㊙️應如圖 2所(suǒ)示, 濾波器對工頻(pín) 50 Hz及其偶次✏️諧波有(yǒu)很好㊙️的抑制作用(yòng)。

    除使用數字濾波(bo)器外, 在 A /D輸入端設(shè)置 RC模拟低通濾波(bo)❗器還⭐可以🚶帶來其(qí)他作用。在實際測(ce)量觀察到的流量(liang)信号中存在尖脈(mo)沖噪聲, 可能使模(mo)數轉換器飽和, 導(dao)緻數字🈲濾波器失(shi)效, 使🏃🏻用模拟濾波(bō)器可以❌提前剔除(chu)🥰這些信号。
1. 3 共模幹(gan)擾、 串擾産生機理(li)及對策
    共模幹擾(rǎo)的産生主要是由(yóu)于電磁屏蔽缺陷(xian)、接地不⛹🏻‍♀️良、雜散電(diàn)容等引起返回電(diàn)流不平衡。共模幹(gan)擾可能✊導緻電路(lù)📞某些參考電位變(biàn)化, 是造成電磁流(liú)🔱量計零點漂移的(de)原因㊙️之一; 同🌍時共(gòng)模信号産生很高(gao)的輻射💔電場使電(dian)🌏路的電磁兼容性(xìng)惡化。串擾是🌂由于(yú)印刷電♌路闆設計(jì)電磁兼容性考㊙️慮(lü)不足造成💜信号質(zhì)量下💚降, 特别是高(gao)速走🚶‍♀️線和模拟電(dian)路🌈易受到影響。對(duì)由共模🌐幹擾信号(hao)導緻的參考電位(wèi)變化㊙️, 應⭐用中流量(liàng)電壓采用差分形(xing)式, 通過雙絞線送(song)入🐇放大器, 前端放(fang)大器選用高共模(mó)抑制比、 低漂移、 高(gāo)輸入阻抗的運放(fang), 可以有🛀🏻效抑制共(gong)模幹擾。
    此外, 電磁(ci)流量計電路闆設(shè)計符合電磁兼容(róng)性要求降低串擾(rǎo)對信号的影響: 使(shǐ)用滿足功能要求(qiú)的速率盡可能低(dī)的邏輯器件。選用(yòng)在邏輯狀态變換(huan)過程中輸入電流(liú)消耗更小的元件(jian)。盡可能選擇表面(mian)封裝的元器件。合(he)👌理安排元件布局(ju), 模😍拟與數字部分(fèn)隔離,防止數字信(xin)号影響模拟信号(hao)。适當配置去耦電(dian)容, 選擇合适的電(diàn)容容量, 去耦電容(rong)盡量靠❓近元器件(jian)。對于敏感信号回(hui)路, 如時😄鍾信号、模(mó)拟輸入信号嚴格(ge)控制回路面積。鋪(pù)設地平面提供低(di)阻抗信号回路, 加(jia)強屏蔽🌈效果。
1. 4 其他(tā)幹擾對策
    電化學(xué)極化電動勢幹擾(rǎo)是被測液體中電(dian)解質在感應🥰電⭐場(chǎng)🙇🏻作☁️用下在電極表(biǎo)面極化産生的, 是(shi)電磁流量計零點(diǎn)漂移的☁️主要原因(yīn)之一。采用交流勵(lì)磁💁方式可以有效(xiao)地減小極化電動(dong)勢, 此外在應用中(zhōng)微處理器運算時(shí)将兩次流量電壓(yā)采樣值相減, 這🛀樣(yàng)不但可以減小極(jí)化電動勢, 而且可(kě)以補償由共🔴模幹(gan)擾帶來的零點漂(piao)移。
    泥漿幹擾是在(zai)測量泥漿、纖維漿(jiāng)等固液兩相特性(xìng)液體⭐時, 固體🔴顆粒(lì)或者氣泡與電極(ji)發生摩擦, 在電極(jí)表面的🈲電化學電(dian)動勢突然變化, 電(diàn)磁流量計傳感器(qi) 輸出信号輸出尖(jian)峰脈沖狀幹擾。在(zài)低頻勵磁情況下(xià)🈲, 泥漿幹擾産生的(de)尖脈沖數量級大(da), 極大地影響🛀流量(liang)的準📐确測量,在實(shi)際設計中,采用多(duo)種信号處理混合(hé)方式抑制噪聲,信(xìn)号處理原理如圖(tu) 3所示。

    流量計 正常(cháng)運行時,尖峰脈沖(chòng)噪聲出現的概率(lǜ)小,被測液🔞體流速(su)不會在短時間内(nèi)變化,基于以上特(te)性,對流量信号進(jìn)行限幅濾波處理(lǐ): 當前輸入信号相(xiàng)對上周期輸入信(xin)号👉超出噪🌈聲容限(xiàn)範圍, 該信号被認(ren)爲是噪聲信号,不(bu)再進一步計算。滑(huá)動平均🌏濾波是處(chu)理流量信号經常(chang)采用的信号處理(li)辦法,可以有效降(jiang)低采樣誤🌏差; 滑動(dong)平均濾波函數的(de)脈沖響應時間是(shi)受滑動窗口數控(kòng)制的, 如果能動态(tai)調整窗口數目,那(nà)麽響應速度就會(hui)大大提高;在應用(yong)中使用改進的滑(huá)動平均濾波函數(shù),通過響應時間控(kong)制器控制滑動窗(chuāng)口數,當響應時間(jiān)超過設定值時,将(jiāng)窗口數設置爲🐉1,使(shi)輸出信号🥵迅🈲速變(biàn)化,獲得較好的動(dong)态性能。

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