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電磁流量計

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電磁流量計在造紙廠紙料配漿流量計量中的抗干擾分析與解決措施

來源:作者:發表時間:2022-03-22 15:49:06

 干擾源發出的干擾信號經過耦合通道到達電 磁 流 量計,對其控制造成不利的影響。針對干擾的三個環節,即干擾源、干擾傳播途徑及受干擾設備,電磁流量計有以下抗干擾措施。 

 
(1)抑制干擾源產生的電磁干擾。①屏蔽:在電磁流量計和干擾體之間采用屏蔽隔離,以控制電場、磁場和電磁波對電磁流量計的感應和輻射。②濾波:對電磁流量計 的測量信號采用濾波器進行濾波,濾除干擾雜波信號,保 留有用信號。③接地:用金導體或導線把電磁流量計轉換測量電路的公共參考點與大地連接。④布線:避免信號線與動力電纜靠近平行敷設,以減少電磁干擾。
(2)分析現場干擾源,切斷干擾的傳播途徑。 
(3)選擇抗電磁干擾能力強的電磁流量計[5]。
 
 
一、電磁流量計微分干擾和工頻干擾的消除
信號中往往同時存在微分干擾和工頻干擾信號,在信號處理電路中的低通濾波往往很難將工頻干擾完全濾出。采用同步采樣和工頻補償技術,以抑制流量信號電勢中混入工頻干擾和工頻電源頻率波動產生工頻干擾,并有效除微分干擾。同步采樣技術,采樣開始時間滯后激磁信號1/4個周期,其采用脈寬為工頻周期的偶數倍,消除微分干擾的同時使流量信號電勢中工頻干擾平均值等于零,以消除工頻干擾的影響;工頻電源的頻率波動補償是保證頻率的動態波動中,激磁電源和采樣脈沖得以同步調整,真正實現同步采樣技術和同步激磁技術,同步A/D轉換,降低了微分干擾和工頻干擾的影響。
 
二、電磁流量計零點漂移消除
所謂零點漂移,就是當傳感器的輸入信號為零時,放大器的輸出并不是零。零點漂移的信號會在各級放大的電路間傳遞,經過多級放大后,在輸出端成為較大的信號,由于傳感器輸出的有用信號較弱,零點漂移就可能將有用信號淹沒,使電路無法正常工作。因此為了抑制零點漂移,采用三運放的差動電路輸入,實現對大內阻的微弱信號采集,以抑制共模信號的引入。一級放大電路之后采用隔直電容,濾除基線零點漂移,防止直流信號過大,超出A/D轉換的輸入范圍。
 
三、電磁流量計其他去除干擾的措施
對于由電磁流量計傳感器的“變壓器效應”所產生的正交干擾,采用“變送器調零法”來消除。軟件設計方面,采用數字濾波技術與掉電保護技術,軟件指令冗余措施,可有效提高輸入微處理器數字的可靠性。
 
1.2 電磁流量計的干擾源分析
        轉換器的流量信號由傳感器所提供 ,是一種電壓信號 ,即電極間的電位差。在測量實踐中 ,受靜電感應、電磁感應、電化學電勢等因素的影響 ,致使電極上的電壓不僅與流速成比例形成電動勢 ,而且還包含多種干擾成分 ,主要來源于以下方面 :
        1)在電磁流量計的工作現場擁有大量工頻信號 ,導致耦合在激磁回路、前端放大器、電極的工頻干擾噪聲嚴重影響電磁流量計測量的準確性。
        2)電磁流量計在低頻矩形波激磁的作用下會產生干擾 ,這主要是由于激磁電流突變而導致微分干擾信號的產生。與此同時 ,干擾信號會隨著電流的穩定而逐步消失。
        3)電磁流量傳感器上的變壓器效應也會產生相位上與流量信號形成 90°的正交干擾信號。
        4)部分電磁屏自身存在接地與屏蔽不良、電容雜散等弊端 ,極易導致返回電流不平衡 ,進而引發共模干擾 ,甚至造成某些電路電位變化 ,這是致使電磁流量計零點漂移的重要因素之一。在此情況下 ,產生的高輻射電場會不斷惡化電磁兼容性。
        5)電路板設計在未充分考慮電磁兼容性的情況下會造成串模干擾 ,進而導致信號質量下降 ,尤其對于模擬電路和高速走線而言 ,會造成嚴重的不良影響。
        6)在感應電場作用下 ,被測液體中電解質會在電極表面產生極化現象 ,形成電化學極化電動勢干擾 ,進而造成電磁流量計零點漂移。
 
2 電磁流量計抗干擾的有效措施
2.1 抗正交干擾的措施
        所謂的正交干擾具體是指在相位上與流量信號之間的差為90°的干擾。當電磁力量計的變送器以交流勵磁方式運行時 ,會形成一個交變的磁場 ,而閉合電路則處于該磁場當中 ,由于該閉合電路無法與電磁流量計的變送器交變磁場產生出來的磁力線處于平行狀態 ,致使會有一部分交變磁力線從該閉合線路當中穿過 ,這樣一來便會在回路當中形成一個干擾電動勢。想要有效抑制或消除正交干擾對電磁流量計的影響 ,可從變送器和信號轉換器這兩個部分分別采取措施 ,具體內容如下 :
        1)從變送器上采取抗干擾措施。應當盡可能使閉合回路的平面與交變磁力線保持平行 ,這樣便可以防止磁力線從閉合回路當中穿過的情況發生 ,同時可設置干擾調整機構 ,借此來減少干擾信號。此外 ,還可以在變送器上設置調零電位器 ,通過該電位器能夠使兩個回路當中產生出來的電流的電勢互相抵消 ,從而達到消除正交干擾信號的目的。
        2)從信號轉換器上采取抗干擾措施??稍谵D換器當中設置抗干擾機構 ,借此來消除變送器中殘余的正交干擾信號 ,具體做法是在主放大器輸出端設置補償和抑制正交干擾的機構。
 
2.2 軟件抗干擾技術
        在 EPROM 中 ,電磁流量計固化的軟件與硬件相配合不僅要確保電磁流量計正常功能的實現 ,還必須具備較強的容錯能力和抗干擾能力 ,構建起功能完善的應用程序。
        1)數字濾波技術。該技術是智能儀器中使用**為廣泛的技術 ,擁有模擬濾波器所不具備的功能 ,主要包括消除脈沖干擾、A/D 轉換器的抗工頻能力、消除數字電路毛刺干擾、保障輸入微處理器數字的可靠性等。
        2)程控放大器技術。該技術能夠解決電磁流量計量程自動轉換問題 ,通過增益控制以達到削弱微分干擾峰值導致放大器過載的目的 ,有利于處理流量信號電勢 ,增強抗微分干擾能力。
 
2.3 同步采樣抗干擾技術
        在信號連續的狀態下 ,可采用同步采樣技術實施采樣。但必須注意的是 ,選取的采樣區域、對稱度、寬度、起始點在小流量的影響下 ,會導致電磁流量計難以達到測量精度。為此 ,采樣頻率應當選取工頻周期的整數倍 ,如此做法可以確保在混有干擾信號的采樣時間為工頻周期的情況下 ,免于電壓的干擾。
 
2.4 接地抗干擾措施
        通常情況下 ,受變送器輸出信號較小的影響會導致電磁流量計的抗干擾能力降低 ,所以應當將變動器輸入電路的零電位進行單獨接地處理 ,不僅可以起到屏蔽的作用 ,還能夠有效減少激磁系統本身電磁場干擾的影響。此外 ,電磁流量計接地必須選擇遠離大型用電器的地點 ,以達到防止電流串入的目的。
 
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