摘要:電(dian)磁流量(liang)計在我(wo)國工業(ye)、制造業(ye)及其他(ta)行業的(de)應👉用十(shi)分廣泛(fan)，在液體(ti)流量測(ce)量方面(mian)起到了(le)不可替(ti)代的重(zhong)要🌈作用(yong)。由于流(liu)量計測(ce)量的正(zheng)确程度(du)直接影(ying)♍響到了(le)生産質(zhi)量，測量(liang)誤差可(ke)能會對(dui)生産過(guo)程造成(cheng)巨大的(de)經濟損(sun)失，因此(ci)，通過研(yan)🌈究電磁(ci)流量計(ji)精度的(de)影響因(yin)素，分析(xi)提升測(ce)量🤞精度(du)的方法(fa)💃🏻和測量(liang)過程中(zhong)的抗幹(gan)擾能力(li)具有十(shi)分重要(yao)的意義(yi)。
随着我(wo)國科學(xue)技術和(he)經濟的(de)不斷發(fa)展與進(jin)步，電磁(ci)💋流量計(ji)在我國(guo)的工業(ye)、技術檢(jian)測和管(guan)理等很(hen)多領域(yu)🤟得到了(le)廣泛的(de)使用，電(dian)磁流量(liang)計具有(you)良好的(de)耐腐蝕(shi)性，并具(ju)備可靠(kao)㊙️性高、适(shi)應性強(qiang)的特點(dian)。近年🚩來(lai)，各個領(ling)域在不(bu)斷探索(suo)新技術(shu)的同時(shi)，對電磁(ci)流量計(ji)的正确(que)程度和(he)穩定性(xing)也提出(chu)了更高(gao)的要求(qiu)。能夠影(ying)響電磁(ci)流量計(ji)精度的(de)💘因素有(you)很多，但(dan)隻要明(ming)确了主(zhu)💞要的幹(gan)擾因素(su)，就能夠(gou)有針對(dui)性地利(li)用軟📐硬(ying)件技術(shu)來降低(di)幹擾因(yin)素對測(ce)量精🤩度(du)的影響(xiang)，有效提(ti)升電磁(ci)流量計(ji)🙇🏻工作的(de)🚶可靠性(xing)。
1基本原(yuan)理介紹(shao)
電磁流(liu)量計是(shi)以法拉(la)第電磁(ci)感應定(ding)律爲理(li)論基礎(chu)而制造(zao)的一種(zhong)流量計(ji)。電磁流(liu)量計在(zai)工作時(shi)由磁路(lu)系統産(chan)生直流(liu)或交流(liu)磁場，用(yong)以提供(gong)測量所(suo)🏃🏻需的磁(ci)場環境(jing)，當被測(ce)液體在(zai)導管中(zhong)通過磁(ci)場區域(yu)時，會做(zuo)🔱切割磁(ci)力線運(yun)動，此🧡時(shi)就可以(yi)🔱通過電(dian)極傳感(gan)器将導(dao)管内的(de)流量轉(zhuan)換成爲(wei)感應電(dian)勢信号(hao)，并将信(xin)号傳遞(di)給轉換(huan)器。轉換(huan)器将獲(huo)取的各(ge)種不😍同(tong)的流量(liang)信号進(jin)行分析(xi)🔆、對比和(he)放大，最(zui)終轉換(huan)成💯爲标(biao)準的信(xin)号輸出(chu)給積算(suan)儀，積算(suan)儀通過(guo)對信号(hao)的處理(li)，将測得(de)的流量(liang)在儀表(biao)上顯示(shi)，并對測(ce)量結⛷️果(guo)進行一(yi)定的記(ji)錄，其基(ji)礎工作(zuo)流程如(ru)圖1所示(shi)。
2電磁(ci)流量計(ji)精度影(ying)響因素(su)分析
電(dian)磁流量(liang)計的幹(gan)擾信号(hao)有很多(duo)，這些幹(gan)擾信号(hao)會和實(shi)際的流(liu)量信号(hao)相混合(he)，産生一(yi)種十分(fen)複雜的(de)🧑🏽🤝🧑🏻數據♍處(chu)理情況(kuang)。因此，要(yao)提高電(dian)磁流量(liang)計對液(ye)體的測(ce)量精度(du)，就必須(xu)對這些(xie)幹擾信(xin)号産生(sheng)的原因(yin)進🛀行分(fen)析與總(zong)結，以便(bian)有針對(dui)性地采(cai)取抗幹(gan)擾措施(shi)，電磁流(liu)量計的(de)常見影(ying)響因素(su)如下。
2.1正(zheng)交幹擾(rao)
電磁流(liu)量計的(de)磁路系(xi)統包含(han)有兩個(ge)勵磁線(xian)圈，而導(dao)管内的(de)液💔體與(yu)傳感器(qi)電極及(ji)轉換器(qi)結構組(zu)成了一(yi)個閉合(he)的回路(lu)，如圖2所(suo)示。理論(lun)情況下(xia)，磁力線(xian)(圖中B)應(ying)與閉合(he)回路相(xiang)平行，但(dan)是由于(yu)裝配過(guo)程中的(de)誤差，導(dao)緻磁力(li)線不可(ke)能完全(quan)平行于(yu)這一閉(bi)合👅回路(lu)，出現部(bu)分磁力(li)線成一(yi)定角度(du)穿過回(hui)路的現(xian)象，這引(yin)起了即(ji)使沒有(you)液體流(liu)動的情(qing)況下，傳(chuan)🥰感器的(de)電極上(shang)⛷️也會産(chan)生感應(ying)電動勢(shi)，就形成(cheng)了正交(jiao)幹擾的(de)基本形(xing)式。
當磁(ci)力線圈(quan)中的電(dian)流發生(sheng)變化時(shi)，由于傳(chuan)感器電(dian)極🧑🏾🤝🧑🏼的作(zuo)🤟用，在磁(ci)場發生(sheng)轉變的(de)過程中(zhong)，兩個電(dian)極所📱形(xing)成的閉(bi)合回路(lu)會産生(sheng)相反的(de)感應電(dian)壓，當磁(ci)場⁉️再次(ci)發生變(bian)化時，傳(chuan)感器的(de)電磁回(hui)路又會(hui)再次産(chan)生相反(fan)的感應(ying)電壓。由(you)于磁力(li)線圈磁(ci)場💜的變(bian)化總是(shi)由一個(ge)穩定狀(zhuang)态向另(ling)一個穩(wen)定狀态(tai)進行轉(zhuan)變㊙️，再由(you)此狀态(tai)轉變爲(wei)原狀态(tai)，因此，所(suo)引起的(de)電極反(fan)向感應(ying)電壓也(ye)具有相(xiang)似的特(te)質，說明(ming)正交幹(gan)擾的🌈産(chan)生隻與(yu)磁力線(xian)圈的磁(ci)場變化(hua)有關，與(yu)實際被(bei)測♌的液(ye)體流量(liang)無關。因(yin)此，磁力(li)線圈的(de)勵磁頻(pin)率是正(zheng)交幹擾(rao)強弱的(de)主要影(ying)響因素(su)。
2.2同相幹(gan)擾
在電(dian)磁流量(liang)傳感器(qi)中，部分(fen)主磁通(tong)會在流(liu)體内部(bu)🤟形成正(zheng)🏃♂️交幹⭐擾(rao)的閉合(he)渦電流(liu)，由于交(jiao)變電流(liu)的産生(sheng)會⁉️導緻(zhi)出現交(jiao)變磁場(chang)，而引起(qi)與之正(zheng)交相連(lian)的🎯二次(ci)磁☂️通産(chan)生♈，同時(shi)因二次(ci)磁通的(de)影響，又(you)會引起(qi)與二次(ci)磁通正(zheng)交相⭕連(lian)的渦電(dian)流産生(sheng)，這就是(shi)同向幹(gan)擾産生(sheng)的主要(yao)原因。
下(xia)式是由(you)正交幹(gan)擾公式(shi)經過微(wei)分得到(dao)的同向(xiang)幹擾公(gong)式㊙️，通過(guo)公示可(ke)知，同相(xiang)幹擾與(yu)流量信(xin)号相位(wei)💞相同🙇♀️，大(da)小與流(liu)量無關(guan)，因此很(hen)難将同(tong)向幹擾(rao)産生的(de)信号與(yu)流量信(xin)号進行(hang)分離👌，隻(zhi)能通🔴過(guo)減少磁(ci)路系統(tong)的勵磁(ci)頻率來(lai)💔降低同(tong)向幹擾(rao)信号的(de)影響。
er=ω2Bmsinωt=(2πf)2Bmsinωt
式(shi)中:er爲同(tong)相幹擾(rao)電壓;f爲(wei)爲勵磁(ci)頻率;ω和(he)t爲常量(liang)
2.3串模幹(gan)擾與共(gong)模幹擾(rao)
串模幹(gan)擾是在(zai)單端信(xin)号輸入(ru)的同時(shi)，還有多(duo)種幹擾(rao)信号與(yu)其疊加(jia)在一起(qi)成爲前(qian)置放大(da)器的輸(shu)入信号(hao)。若幹擾(rao)信号過(guo)大，容易(yi)導緻放(fang)大器飽(bao)和而無(wu)法正常(chang)⛱️工作。當(dang)🔞設備存(cun)在漏磁(ci)🥵問題時(shi)，也會在(zai)周圍形(xing)成很強(qiang)🌈的交變(bian)磁場，從(cong)而會引(yin)起串模(mo)幹擾的(de)形成。爲(wei)了降低(di)串模幹(gan)擾産生(sheng)的影響(xiang)，現階段(duan)的流量(liang)📐傳感器(qi)通常🔅将(jiang)“零阻值(zhi)”的被測(ce)流體作(zuo)爲轉換(huan)放大器(qi)的接地(di)端，而傳(chuan)感器的(de)兩個電(dian)極作爲(wei)放大器(qi)的輸入(ru)端，這就(jiu)很好的(de)👣抑制了(le)幅度相(xiang)等和極(ji)性相同(tong)的串模(mo)幹擾。共(gong)模幹擾(rao)主要是(shi)由于靜(jing)電幹擾(rao)引起🌈的(de)，一般情(qing)況下，共(gong)模幹擾(rao)不會直(zhi)接影響(xiang)💯測量的(de)結果，但(dan)是若轉(zhuan)換放大(da)器的輸(shu)入參數(shu)存在不(bu)對稱問(wen)😍題時，共(gong)模幹擾(rao)就會轉(zhuan)變爲串(chuan)模幹擾(rao)來影響(xiang)最終的(de)測量結(jie)果，将電(dian)解質與(yu)金屬材(cai)料圈和(he)電極進(jin)行屏蔽(bi)能夠有(you)效🧑🏾🤝🧑🏼地降(jiang)低共模(mo)幹擾的(de)🍓影響。
2.4直(zhi)流幹擾(rao)
在被測(ce)液體與(yu)電極和(he)接液部(bu)件接觸(chu)過程中(zhong)，電解質(zhi)👣中的正(zheng)負離子(zi)會分别(bie)作定向(xiang)運動，這(zhe)會使被(bei)測😄液體(ti)在電極(ji)和接液(ye)部件之(zhi)間形成(cheng)電位差(cha)，通常将(jiang)這種現(xian)象稱爲(wei)極化現(xian)象。如圖(tu)3所示，理(li)論上來(lai)說，兩電(dian)極A和B對(dui)接液部(bu)件的電(dian)位e1、e2大小(xiao)相等、方(fang)✊向相反(fan)，此🌏時兩(liang)電極的(de)❤️電位差(cha)等于零(ling)。但是，若(ruo)兩電極(ji)的材質(zhi)或表面(mian)狀态存(cun)在差異(yi)，此時A、B電(dian)極之間(jian)的電位(wei)差就不(bu)爲零，這(zhe)就形成(cheng)了極化(hua)👨❤️👨電壓，極(ji)化✨電壓(ya)與共模(mo)狀态的(de)電壓e3一(yi)起疊加(jia)在流量(liang)信号中(zhong)，被輸入(ru)轉換器(qi)⛹🏻♀️的差動(dong)放㊙️大器(qi)。當極化(hua)電壓過(guo)大，則會(hui)對差動(dong)放大器(qi)的輸入(ru)端造成(cheng)較大影(ying)響，導緻(zhi)信号無(wu)⭐法放大(da)或💃流量(liang)信号的(de)❄️輸出波(bo)動過大(da)，從而降(jiang)低了電(dian)磁流量(liang)🙇♀️計的測(ce)量精度(du)。
3電磁流(liu)量計的(de)抗幹擾(rao)方式
由(you)于電磁(ci)流量計(ji)測量精(jing)度的幹(gan)擾因素(su)很多，且(qie)電磁流(liu)量計的(de)‼️工作條(tiao)件通常(chang)也比較(jiao)惡劣，電(dian)磁流量(liang)🏃🏻♂️計的測(ce)量準确(que)程度除(chu)受到系(xi)統内部(bu)産生的(de)信号幹(gan)擾外⚽，還(hai)會不可(ke)避免的(de)受到多(duo)種環境(jing)因素的(de)影響，電(dian)磁流量(liang)計測量(liang)的誤差(cha)，會給生(sheng)産帶來(lai)重大的(de)💚經濟損(sun)失。因🌍此(ci)，提升流(liu)量計的(de)可靠性(xing)與測量(liang)精度，減(jian)少幹擾(rao)對測❓量(liang)值的影(ying)響程度(du)，是電磁(ci)流量計(ji)發展必(bi)須要做(zuo)的工作(zuo)。
3.1硬件抗(kang)幹擾技(ji)術
(1)電源(yuan)端所産(chan)生的幹(gan)擾是電(dian)子産品(pin)較爲常(chang)見的精(jing)🛀度幹擾(rao)因素，由(you)于這種(zhong)幹擾無(wu)法完全(quan)被去除(chu)，隻能通(tong)過減小(xiao)幹擾⁉️脈(mo)沖的幅(fu)度來降(jiang)低其影(ying)響。在實(shi)際工作(zuo)中常采(cai)用在交(jiao)流進線(xian)端串接(jie)入低通(tong)LC濾波器(qi)的方式(shi)來💃實現(xian)，這種方(fang)法在實(shi)✔️際的工(gong)作‼️中産(chan)生了📧顯(xian)著地效(xiao)果。
(2)傳輸(shu)電纜所(suo)産生的(de)雜散電(dian)磁場會(hui)通過感(gan)應和輻(fu)射的方(fang)式進🐇入(ru)信道而(er)産生幹(gan)擾，利用(yong)雙芯屏(ping)蔽電纜(lan)能夠實(shi)現較長(zhang)線路傳(chuan)輸的抗(kang)幹擾功(gong)能。對于(yu)環境更(geng)爲🤟惡劣(lie)的情況(kuang)，爲提高(gao)抗幹擾(rao)能🈲力，可(ke)采用光(guang)電隔離(li)方式将(jiang)系統控(kong)制部分(fen)☂️與I/O口部(bu)分分開(kai)，并采用(yong)雙電源(yuan)供電來(lai)降低幹(gan)擾産生(sheng)的精度(du)影響。
(3)除(chu)了有針(zhen)對性的(de)抵抗幹(gan)擾之外(wai)，還可以(yi)采取增(zeng)加🛀硬☔件(jian)的方式(shi)提升系(xi)統的整(zheng)體抗幹(gan)擾能力(li)。例如:選(xuan)擇和使(shi)用抗幹(gan)擾能力(li)強的單(dan)片機;使(shi)用硬件(jian)看門狗(gou)電路;使(shi)用電壓(ya)檢測電(dian)路;盡可(ke)能使用(yong)單片機(ji)的内部(bu)程序存(cun)儲器和(he)内部數(shu)據存儲(chu)器等。
3.2軟(ruan)件抗幹(gan)擾技術(shu)
(1)通過在(zai)系統程(cheng)序的關(guan)鍵位置(zhi)插入部(bu)分單字(zi)節指🚶♀️令(ling)或将單(dan)字🈲節指(zhi)令進行(hang)重寫，從(cong)而達到(dao)恢複“跑(pao)飛”程序(xu)的目的(de)，這🍉種方(fang)法稱之(zhi)爲指令(ling)冗餘。指(zhi)令冗餘(yu)的主要(yao)🏃🏻方法包(bao)括以下(xia)兩點:一(yi)🧑🏾🤝🧑🏼是在雙(shuang)🤞字節指(zhi)令和3字(zi)節指令(ling)之後插(cha)入兩個(ge)單字節(jie)NOP指令，以(yi)🧑🏾🤝🧑🏼保證其(qi)後♈的指(zhi)令不被(bei)🐇拆散。二(er)是對🧑🏾🤝🧑🏼于(yu)程序流(liu)向起決(jue)定作用(yong)的指令(ling)和某些(xie)對系統(tong)工作狀(zhuang)态有重(zhong)要作用(yong)的指令(ling)的後面(mian)，可重複(fu)寫上這(zhe)些指令(ling)，以确保(bao)這些指(zhi)令的正(zheng)确執行(hang)。
(2)若“跑飛(fei)”程序進(jin)入非程(cheng)序區或(huo)者表格(ge)區時，指(zhi)令冗餘(yu)則無法(fa)起到抗(kang)幹擾的(de)目的，此(ci)時可采(cai)用設置(zhi)軟件陷(xian)阱對“跑(pao)飛”程序(xu)進行攔(lan)截，軟件(jian)陷阱能(neng)将“跑飛(fei)”程序引(yin)向某一(yi)位置，再(zai)通過編(bian)制的程(cheng)序對“跑(pao)飛”程序(xu)進行恢(hui)複。
(3)某些(xie)程序被(bei)幹擾後(hou)容易陷(xian)入死循(xun)環模式(shi)，通過程(cheng)序🔞監視(shi)技術，能(neng)夠及時(shi)發現運(yun)行超時(shi)的程序(xu)，并采用(yong)相應的(de)方式使(shi)程序複(fu)位，保證(zheng)程序的(de)正常運(yun)行。
4結語(yu)
總之，在(zai)保證電(dian)磁流量(liang)計基本(ben)使用功(gong)能的前(qian)提下，通(tong)過對現(xian)階段技(ji)術的影(ying)響因素(su)進行分(fen)析，就能(neng)夠有針(zhen)對性地(di)降🥵低幹(gan)擾對測(ce)量結果(guo)産生的(de)影響，從(cong)而保證(zheng)電磁流(liu)⁉️量計工(gong)作過程(cheng)的可靠(kao)性，避免(mian)因測量(liang)不準确(que)🤩而導緻(zhi)的經濟(ji)損失和(he)事故發(fa)生。
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