影響電磁流量計精度的因素產(chǎn)生機理和對策分析

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

從上圖 2.5 中可以觀(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

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)。下圖 2.7 中展示了直流勵磁波的波形圖，從圖中可以直接觀(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。第一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。此種勵磁方式大的優(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[45]。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。

上海自動(dòng)化儀表有限公司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，介紹了直流、交流、低頻矩形波三種勵磁技術(shù)；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。