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影響電磁流量計精度的因素產(chǎn)生機理及對策分析上海自動(dòng)化儀表有限公司電磁流量計中流量信號和干擾信號同時(shí)出現且相互存在,因此在進(jìn)行檢測的過(guò)程中需要將干擾信號排除才能提取到更為準確的流量信號,以進(jìn)行精度更高的電磁流量計算。 經(jīng)過(guò)大量反復的試驗后發(fā)現,電磁流量計在工作過(guò)程中會(huì )受到來(lái)自多方的干擾,主要有三種:(1)流動(dòng)電化學(xué)所產(chǎn)生的干擾噪聲;(2)電磁耦合過(guò)程中所產(chǎn)生的靜電感應;(3)電源所產(chǎn)生的干擾噪聲[41]。各種干擾成分充斥在流量信號的邊邊角角,因此傳感器測出的電壓信號中包含了較多的噪聲,此部分噪聲的電壓信號可以表示為下述式子 2.6: 一、各種干擾產(chǎn)生機理及對策分析 1.正交干擾 可以觀(guān)察到兩個(gè)電極、勵磁線(xiàn)圈、轉換器內阻之間形成了一個(gè)閉合回路,將此回路稱(chēng)之為初級繞組,從理論上進(jìn)行分析,磁力線(xiàn) B 應當平行于勵磁線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁感應線(xiàn),但在實(shí)際的應用過(guò)程中由于工藝差異,因此無(wú)法達到理想狀態(tài),會(huì )產(chǎn)生磁力線(xiàn)穿過(guò)勵磁線(xiàn)圈磁感應線(xiàn)的情況,此時(shí)將會(huì )產(chǎn)生相應的感應電動(dòng)勢,將此部分感應電動(dòng)勢稱(chēng)為變壓器效應。電流經(jīng)過(guò)勵磁線(xiàn)圈時(shí)其穩態(tài)會(huì )發(fā)生階段性的改變,電磁感應充斥在電磁流量計工作的所有流程中,因此流經(jīng)勵磁線(xiàn)圈的電流穩態(tài)在轉變時(shí)需要經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(cháng)的過(guò)程。 2.同相干擾 電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以通過(guò)電磁感應進(jìn)行及時(shí)轉換。流體在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)將會(huì )不斷切割磁感應線(xiàn),此時(shí)便會(huì )形成閉合的正交干擾渦電流,除此之外還會(huì )形成二次磁通,此時(shí)二次磁通在流體內部又會(huì )形成另一個(gè)閉合的正交干擾渦電流。 3.串模干擾 上世紀六十年代之前,電磁流量計中的傳感器通常使用單端信號的傳輸方式,采用兩個(gè)測量電極進(jìn)行信號的傳輸,從一個(gè)電極傳輸到另一個(gè)電極,此種傳輸方式在進(jìn)行信號傳輸的過(guò)程中會(huì )將多種干擾信號進(jìn)行疊加后傳輸,此時(shí)會(huì )出現兩種情況,一種是多種信號進(jìn)行疊加導致前置放大器的工作進(jìn)行飽和狀態(tài)而無(wú)法正常過(guò)程,另一種情況是在進(jìn)行信號提取的過(guò)程中需要更多的時(shí)間進(jìn)行干擾排除。 當代電磁流量計中傳感器更換了信號傳輸方式,利用差動(dòng)方式進(jìn)行信號傳輸,將被測流體作為一個(gè)信號傳輸端,而將兩個(gè)電極作為另一個(gè)信號傳輸端,此種傳輸方式能夠有效的抑制電磁回路中所產(chǎn)生的串模干擾情況。 4.共模干擾 所謂的共模干擾主要是由于轉換器前端的放大器上同時(shí)出現同樣的干擾所造成。共模干擾在正常情況下對測量結果不會(huì )造成明顯的影響,但若是出現轉換器前端放大器中的參數不對等情況時(shí),則會(huì )由共模干擾轉變成為串模干擾,此時(shí)將會(huì )對測量結果造成較大的影響。 引起共模干擾最主要的原因是靜電干擾,因此可以通過(guò)屏蔽靜電干擾的方式來(lái)有效的降低共模干擾對電磁傳感器造成的影響。 5.直流干擾 直流干擾主要來(lái)源于電磁流量計工作時(shí)出現的電化學(xué)噪聲。當電解質(zhì)和接液部件一旦接觸,電解質(zhì)中的正負離子將會(huì )即刻出現定向運動(dòng),即使沒(méi)有通電,電解質(zhì)中的正負離子會(huì )產(chǎn)生一個(gè)定向運動(dòng),此時(shí)在電解液中會(huì )形成一個(gè)明顯的電位差,出現的此種現象被稱(chēng)為極化現象。 二、勵磁技術(shù)對精度的影響 勵磁電流的工作過(guò)程中將會(huì )產(chǎn)生對應的磁場(chǎng),此時(shí)便會(huì )產(chǎn)生相應的感應電動(dòng)勢,為了能更好的對電磁流量計進(jìn)行計算,需要選擇更合適的勵磁方式[35]。 勵磁技術(shù)經(jīng)過(guò)了一個(gè)漫長(cháng)的歷程,其中如直流勵磁、低頻矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁等。 1.直流勵磁 直流勵磁的產(chǎn)生主要來(lái)源于直流電流勵磁產(chǎn)生的穩定磁場(chǎng)和永磁體產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)。展示了直流勵磁波的波形圖,可以直接觀(guān)察到此種勵磁方式較為穩定,受到的干擾較小。 在現實(shí)的工作過(guò)程中直流勵磁方式中包含了較多的干擾信號,較為常見(jiàn)的有三種形式。很好種是由于直流信號促使測量管內流體極化,從而疊加干擾的極化電壓信號。第二種是極化電壓容易受到溫度的影響導致其跟隨變化。第三種是需要利用到更大的直流放大器,此放大器進(jìn)行信號放大的過(guò)程將會(huì )更加困難。 2.交流勵磁 交流勵磁主要是在交流電流中所產(chǎn)生的勵磁方式,通常會(huì )在 60Hz 正弦波電流作用下產(chǎn)生。上圖 2.8 中展示了交流勵磁的形圖,此種勵磁方式最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效的降低電流對電極所帶來(lái)的計劃作用。除此之外還能利用交流勵磁感應更大的電動(dòng)勢,能夠有效提高磁感應強度。還有就是能夠將信號直接放大,不需要再設置前端放大器。 由于交流勵磁的種種優(yōu)勢促使其在上世紀二十年代到五十年代風(fēng)靡世界,但在交流勵磁的工作方式中也出現了較多明顯的缺點(diǎn),其中如交流勵磁會(huì )產(chǎn)生明顯的正交和同相干擾、產(chǎn)生磁滯損失和渦流損失等等。在針對漿液和脈動(dòng)流的檢測中,使用交流勵磁仍能起到更可快速、便捷的檢測方式。 3.低頻矩形波勵磁 低頻矩形波勵磁方式能夠彌補交流勵磁所帶來(lái)的缺陷,因此從上世紀七十年起成為新的測量方式風(fēng)靡全球。低頻矩形波立此方式能夠有效減弱電磁感應產(chǎn)生的干擾,同時(shí)也不容易出現極化現象。上圖 2.9 中展示了低頻矩形波的波形圖,從圖中可以直觀(guān)的觀(guān)察到dφ/ dt 發(fā)生極有規律,能夠保證在一定的轉換時(shí)間內使得流量信號達到平穩狀態(tài),同時(shí)圖中的波形穩定時(shí)間較長(cháng),因此保證能夠具有穩定的信號采樣過(guò)程。 值得重視的是若是使用其進(jìn)行漿液性流體測量時(shí),流體會(huì )產(chǎn)生一定的噪聲,從而形成新的干擾,對于檢測結果會(huì )造成一定的影響。 小結 重點(diǎn)研究了影響電磁流量計精度的因素,并分析了各種干擾因素的產(chǎn)生機理及其對策,其中包括正交、串模干擾等;除此之外還分析了不同勵磁技術(shù)對電磁流量計檢測精度的影響,重點(diǎn)介紹了直流、交流、低頻矩形波三種勵磁技術(shù);上海自動(dòng)化儀表有限公司基于這些影響電磁流量計精度的因素,針對性提出了抗干擾措施,其中,硬件方面包括電源設計、傳輸線(xiàn)路、隔離技術(shù)、接地技術(shù)、電路設計以及 PCB 印刷技術(shù)中的抗干擾措施;軟件方面包括數字濾波、CPU 抗干擾、程序監控系統、故障自診斷技術(shù)等。 |