摘要:本文(wén)簡要闡述了(le)幾種 電磁流(liu)量計 (EMF)的抗幹(gan)擾技術。同時(shi),讨論了電磁(cí)流量計三類(lèi)幹擾❓噪🔅聲産(chǎn)生的物理機(ji)理和特征。研(yan)究了矩形波(bō)勵磁型智能(neng)電磁流量計(jì)的硬件和軟(ruan)件抗幹擾技(ji)術,爲實現智(zhi)能電磁流量(liang)計 的高精度(du)、高可靠性、高(gāo)抗幹擾能力(lì)奠定了堅實(shi)的技術基礎(chu)。
1概述
　　電磁流(liú)量計是基于(yú)導電性流體(ti)在磁場中運(yun)動所産生的(de)感應⛹🏻‍♀️電勢來(lai)推算流體流(liu)量的測量儀(yí)表,其基本工(gōng)作🏃原理是電(dian)磁感應定律(lǜ)。因此電磁耦(ou)合靜電感應(ying)是電磁流量(liang)計幹擾噪聲(shēng)的首要來源(yuán);被測流體介(jiè)質🏒特性産生(shēng)🏃‍♀️的電化學幹(gàn)擾噪聲是電(diàn)磁流🍉量計幹(gàn)擾噪聲的第(dì)二來源;電磁(ci)流量計供電(diàn)電源的電壓(ya)和頻率波動(dong)等電源幹擾(rǎo)噪聲是電磁(cí)流量計幹擾(rǎo)噪聲的第三(sān)來源。以上三(san)類幹擾噪聲(sheng)的來源、機理(lǐ)、特性不同。對(dui)🏃‍♀️電磁流量計(ji)的影響方式(shì)不同🏃‍♀️,相應采(cai)用的抗幹擾(rǎo)措👨‍❤️‍👨施也不😄同(tong)。本文結合雙(shuang)頻矩🤩形波勵(li)磁智能電磁(cí)流量計的研(yan)究工作🤩,着重(zhong)就智能電磁(cí)流量計抗幹(gan)擾技術加以(yi)探讨,提出一(yi)些抗幹擾的(de)對策,以供智(zhi)能儀器研究(jiū)設計參考。
2電(dian)磁流量計幹(gan)擾噪聲的物(wu)理機理、特性(xìng)及其對策
　　爲(wèi)了對電磁流(liú)量計抗幹擾(rao)技術加以探(tan)讨,首先必須(xu)對電🏃磁流量(liàng)計幹擾噪聲(shēng)産生的物理(li)機理和特性(xing)加以分析研(yán)究,從而根🛀🏻據(ju)各種幹擾噪(zao)聲的特性采(cai)用相應的抗(kang)🔴幹擾對策,以(yǐ)提高電磁流(liú)量計抗幹🈲擾(rao)的能力。
2.1工頻(pin)幹擾噪聲
　　工(gong)頻幹擾噪聲(sheng)是由電磁流(liú)量傳感器勵(li)磁繞組和流(liú)體🚩、電㊙️極、放🈲大(da)器輸入回路(lù)的電磁耦合(hé),其二是電磁(cí)流量計工作(zuò)現場的工頻(pín)共模幹擾,其(qí)三是供電電(dian)源引入的工(gong)頻串模幹擾(rao)等,其産生的(de)物理機理均(jun1)是電磁感應(yīng)原理。首先就(jiù)電磁流量傳(chuan)😘感器勵磁🈲繞(rào)組和流體、電(dian)極、放大器⭐輸(shū)入回路的電(diàn)磁耦合産生(sheng)的工頻幹擾(rǎo)對電磁流量(liàng)計工作影響(xiǎng)最大,而且🐪在(zài)不同的✌️勵磁(ci)技術下其表(biǎo)現的形态、特(tè)性不同,因而(er)采取抗幹擾(rao)措施也不同(tóng),電磁流量傳(chuan)♋感器原理見(jiàn)圖1(a)。在工頻正(zhèng)弦波勵磁磁(ci)場下,此種電(dian)磁耦✌️合工頻(pin)幹擾噪聲表(biǎo)現形式爲正(zheng)交幹擾(見圖(tu)1b),又稱爲變壓(ya)器電勢,其特(tè)點是幹擾噪(zao)聲幅值和工(gōng)頻正弦波勵(li)磁頻率成正(zheng)比,相位滞後(hòu)流量信号電(dian)勢90°,且幅值較(jiao)流量信🌍号電(diàn)勢大幾個數(shu)量級。

　　對于(yú)工頻共模幹(gan)擾和工頻串(chuàn)模幹擾是常(cháng)見的幹擾,主(zhu)要是由于電(dian)磁屏蔽缺陷(xian)、分布電容耦(ǒu)合、電磁流量(liang)計接🈲地不💰良(liáng)等原因産生(sheng),采用輸入保(bǎo)護技術㊙️、高輸(shu)入阻抗、高共(gong)模抑制比自(zì)舉前置放大(da)器技術☀️以及(ji)重複接地技(ji)術,工頻寬脈(mò)沖同步采樣(yàng)技術等提高(gāo)抗工頻幹擾(rao)的能力。
2.2流體(ti)介質特性産(chǎn)生的電化學(xué)幹擾噪聲
(a)電(dian)化學極化電(dian)勢幹擾是由(yóu)于電極感生(sheng)電動勢在兩(liǎng)極極性不同(tóng)而導緻電解(jiě)質在電極表(biao)面極化産🚶‍♀️生(shēng)。雖然采用正(zheng)負交變勵磁(ci)磁場能顯著(zhe)減弱極化電(dian)勢的‼️數量級(jí),但不能根本(běn)上完全消除(chu)極化電勢幹(gan)擾。
(b)泥漿幹擾(rao)是在測量泥(ni)漿、纖維漿等(deng)液固兩相導(dǎo)電性流體流(liú)量時,固體顆(ke)粒或者氣泡(pao)擦過電極表(biao)面🛀時,電極表(biao)面的接觸電(dian)化學電勢突(tu)然變化,電磁(ci)流量傳感✔️器(qi)輸出信号出(chu)🏃現尖峰脈沖(chong)狀幹擾噪聲(sheng)。
(c)流體流動噪(zao)聲是在測量(liàng)低導率液體(tǐ)(100vs cm以下)流體流(liu)量時,電極的(de)電化學電勢(shi)定期波動,産(chǎn)生随流量增(zēng)❄️加而頻率增(zēng)加的随機幹(gan)擾噪聲,具有(yǒu)類似泥漿幹(gan)💃🏻擾的1 f頻譜特(te)性,因此提高(gāo)勵磁頻率有(yǒu)🔆助于降低流(liú)體流動噪聲(shēng)的數量級,以(yi)提高電磁流(liu)量傳感器測(cè)👣量低導電率(lü)⛷️流體流量的(de)信噪比。
2.3供電(dian)電源性幹擾(rǎo)
　　電磁流量計(ji)一般都采用(yong)工頻交流電(diàn)源供電,其電(diàn)源電🚶壓的幅(fú)值和頻率的(de)變化都會給(gěi)電磁流量計(jì)帶來電源性(xing)幹✨擾噪聲。對(duì)電源電壓的(de)幅值變化,因(yīn)❄️采用多級集(ji)成穩壓,一般(ban)而言電源電(diàn)♍壓的幅值變(bian)化對電磁流(liú)量的測量精(jīng)度影響不大(da)。當💁電源電壓(yā)的頻率波動(dòng)時,雖然其波(bo)動範圍有限(xian),但對電磁流(liú)😍量計測量精(jing)度影響較大(dà)。
3智能電磁流(liú)量計硬件抗(kàng)幹擾技術
　　綜(zōng)合上述電磁(ci)流量計幹擾(rao)噪聲産生的(de)物理和特性(xìng)分⭐析,智能電(diàn)磁流量計分(fen)别采用硬件(jian)和軟件幹擾(rǎo)技術,以提高(gāo)電磁流量計(ji)抗幹擾能力(li)。
3.1新型勵磁技(ji)術是提高電(dian)磁流量計抗(kàng)幹擾能力的(de)重要手🔞段
　　電(dian)磁流量計勵(li)磁技術的發(fa)展,不僅減弱(ruo)電極極化電(diàn)勢、泥💃漿幹擾(rǎo)、流動噪聲的(de)影響,又能改(gai)變工頻幹擾(rǎo)的形态,便于(yu)同步采樣技(jì)術處理工頻(pín)幹擾噪聲🐪,以(yǐ)避免工頻幹(gan)擾的影響。目(mù)前電磁流量(liàng)傳感器采❤️用(yong)工頻頻率同(tóng)步三值低頻(pin)矩💞形勵磁和(hé)雙頻矩形💛波(bo)勵磁,從而提(tí)高電磁流量(liang)計整個抗幹(gàn)擾能力,提高(gao)電磁流量計(ji)的測量精度(dù)和可靠性。
3.2前(qián)置放大器的(de)設計是提高(gāo)抗幹擾能力(lì)的首要環節(jiē)
　　電磁流量傳(chuan)感器輸出流(liú)信号十分微(wēi)弱,内阻抗較(jiao)高,因此高輸(shu)入阻抗、低漂(piao)移、低噪聲、高(gao)CRMM前置放大器(qì)🔞才能滿足✔️抗(kang)同相共模幹(gan)擾的要求。前(qian)置放大器采(cǎi)用JFET高輸入阻(zǔ)抗電壓緩沖(chòng)器,低漂移低(dī)噪聲減法器(qì),精密電阻精(jing)心匹配組成(chéng)儀用放大器(qì),并采用輸入(ru)保護技術,共(gòng)💋模電壓自舉(ju)技術和接地(di)技術大大提(ti)🔞高抗共模幹(gàn)擾的能力,抑(yi)制零點漂移(yí)的影響。


3.3同步采(cai)樣的頻率補(bǔ)償技術
　　同步(bù)采樣和工頻(pin)電源頻率監(jiān)視補償技術(shu),是提高抗流(liu)量㊙️信号電勢(shi)中混入工頻(pín)幹擾和工頻(pín)電源頻🧑🏽‍🤝‍🧑🏻率波(bō)動産生工頻(pin)幹💔擾能💁力的(de)有效方法。同(tóng)步采樣技術(shù),其采樣脈寬(kuān)爲工頻周期(qi)的整數倍,使(shǐ)流量信号電(diàn)勢中工頻幹(gàn)擾🈲平均值等(deng)于零,以消除(chú)工頻幹🍓擾的(de)影響;工頻電(diàn)源的頻率波(bō)動補償是保(bao)證頻率的動(dong)态波動中,勵(li)磁電源和采(cai)樣脈沖得以(yi)同步調整,真(zhen)正實現同步(bù)采樣技術和(he)同步勵磁技(ji)術,同步☎️A D轉換(huàn),以降低工頻(pin)幹擾的影響(xiang)。
3.4采用新型HCMOS系(xì)列芯片技術(shu)
　　采用74HC系列芯(xin)片技術較采(cǎi)用74LS系列芯片(piàn)其低噪聲容(rong)限提🔱高2.4倍,高(gao)燥聲容限提(ti)高2.1倍,智能電(dian)磁流量計整(zheng)😄個硬件采♊用(yòng)74HC系列芯片,不(bu)僅降低整個(gè)功耗,而且提(ti)高元器件本(ben)身抗幹擾能(néng)力,爲電磁流(liú)量計小型輕(qing)量一體化奠(dian)定了基礎。
3.5微(wēi)處理器系統(tong)電源電壓監(jiān)視技術
　　智能(néng)電磁流量計(jì)中微處理器(qì)系統當電源(yuan)瞬态欠壓,勵(lì)🔞磁開關脈沖(chong)動作都會造(zào)成微處理器(qi)誤動作,數據(jù)⛷️丢失等現象(xiàng),因💛此必須采(cai)用可靠的複(fú)位電路和電(diàn)源電壓監視(shi)技術。最簡單(dān)實用的🐅方法(fa)是采用💃🏻低成(chéng)本電源配合(he)高靈敏度的(de)電源電壓監(jian)視器,提高微(wei)處理器系統(tǒng)和抗幹擾能(neng)力。如圖2所示(shi)微處理器電(dian)壓監視器,其(qí)采用TL7705CP電源電(diàn)壓監視器芯(xin)片🙇‍♀️,具有電源(yuán)加電、電源瞬(shùn)時欠壓♻️均能(neng)産生可靠的(de)複位信号。
4智(zhi)能電磁流量(liang)計軟件抗幹(gan)擾技術
　　智能(néng)電磁流量計(ji)固化在EPROM中的(de)軟件配合硬(yìng)件除完成🈲智(zhi)能電♍磁流量(liàng)計的正常功(gong)能外,必須具(ju)備較強的抗(kàng)幹擾能力和(he)容錯能力,組(zǔ)成完善的應(yīng)用程序🌏。
4.1數字(zi)濾波技術
　　數(shù)字濾波技術(shù)是智能儀器(qi)中最常采用(yong)的技術,能夠(gou)完成模拟濾(lü)波器不能完(wán)成的功能,很(hěn)容易解決脈(mò)沖幹擾剔除(chu)、數字電路毛(máo)刺幹擾消除(chú)、A D轉換器的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻抗(kàng)工頻能力以(yi)及輸入微處(chù)理✏️器數字的(de)可靠性問題(ti)。
4.2程控放大器(qi)技術
　　程控放(fàng)大器技術即(jí)解決電磁流(liu)量計量程自(zì)動轉換問題(tí),同時💯利用增(zeng)益控制方法(fǎ)有效削弱微(wēi)分幹擾峰值(zhí)使放大器過(guo)載的問題,便(biàn)于流量信号(hao)電勢處理,提(ti)㊙️高抗微分幹(gàn)擾的能力☎️。
4.3微(wēi)處理器硬件(jiàn)故障自診斷(duàn)技術
　　微處理(lǐ)器硬件故障(zhang)自診斷技術(shu)是采用軟件(jiàn)容錯設計🌐,極(jí)大地提高硬(yìng)件系統的可(kě)靠性,從而提(tí)高整個智能(neng)電磁流量計(ji)的抗幹擾能(neng)力。具體包括(kuo)CPU自診斷,定時(shí)器診斷,中斷(duan)功🙇🏻能診斷,RAM診(zhen)斷,A D通道診斷(duàn)和校🤟正,D A通道(dao)診斷,數字I O口(kǒu)通道的診斷(duàn)等部分✏️,涉及(ji)到智能電磁(cí)流量計的關(guān)鍵部件。
4.4微處(chù)理器抗幹擾(rao)技術
　　上述各(gè)種抗幹擾措(cuo)施是解決輸(shū)入、輸出通道(dào)中的各🚶種🥵幹(gan)擾問題,當幹(gàn)擾噪聲沒有(yǒu)作用到微處(chù)理器本身時(shi),微處理器仍(réng)然正确無誤(wù)地執行各種(zhong)抗幹擾軟件(jiàn),消除或者削(xue)弱幹擾噪聲(sheng)對電磁流量(liang)計輸入輸出(chu)通❌路的影響(xiang)🍓,當幹擾噪聲(shēng)通過三總線(xiàn)等作用到微(wei)處理器本身(shēn),CPU将不能按正(zhèng)常狀态執行(háng)程序💃🏻,導緻智(zhi)能電磁流量(liàng)計整個工作(zuò)混亂,爲了提(ti)高微處理器(qi)自身的抗幹(gàn)擾能力采用(yong)硬件和軟件(jian)相配合💞的多(duō)種抗幹擾措(cuo)施。多種複位(wei)方式❤️解決失(shi)控的CPU最簡單(dan)的方法,掉電(diàn)保護技術,軟(ruan)件指令冗餘(yu)措施,軟件陷(xiàn)阱抗幹擾✉️方(fang)法也是排除(chú)智能電磁流(liú)量計微處理(lǐ)器失🤟控的有(you)效方‼️法。
4.5程序(xu)運行監視系(xi)統(WATCHDOG)
　　智能電磁(cí)流量計采用(yòng)程序運行監(jian)視系統以監(jiān)視微處🔴理器(qì)執行應用程(chéng)序的狀況,當(dang)程序正彈到(dao)一個臨時構(gou)♊成的♉死循🔅環(huán)中時看門狗(gou)能及時發并(bing)強迫系統複(fu)位,擺脫死循(xun)環狀态,圖3所(suǒ)示🈲是由硬件(jian)和軟件配合(he)構成的程序(xu)運行監視器(qì)。
5結束語
　　智能(neng)電磁流量計(ji)多種抗幹擾(rǎo)技術的采用(yòng),使電磁🆚流量(liang)計抗幹擾能(néng)力增強,精度(dù)和可靠性提(ti)高,不僅實現(xiàn)了電磁流量(liang)計小型輕量(liàng)一體化智能(neng)化,而且推動(dòng)了電磁流量(liang)計的廣泛應(ying)用,開拓了電(dian)磁流量計的(de)潛在🏃‍♂️市場。

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