摘要 在简要阐述了电磁流量计的几种励磁方式的基础上,分析了低频矩形波励磁技术中常见的干扰及其影响,提出了相应的处理措施,以保证电磁流量计的稳定运行。
1 引 言
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体体积流量的仪表。随着微电子技术的发展,电磁流量计的励磁方式经历了直流励磁、交流励磁,同时技术性能有了进一步的提高,应用也越来越广泛。由于其具有对液体适应性较强的特点,在现代工业生产中,已成为测量液体流量的首选仪表。在现有的电磁流量计中,交流低频矩形波励磁方式已成为主要的励磁方式。电磁流量计采用交流励磁虽有一定的优点,但随之而来的电磁干扰,就成为很麻烦的问题,特别是电磁干扰信号与有用的信号混在一起,它们不仅成分复杂,而且有时候干扰信号还会比流量信号大[1]。在这种情况下怎样抑制和排除这些干扰,提高信噪比就成了研制和使用电磁流量计的一个重要的技术关键问题。
2 低频矩形波励磁技术中干扰的分析
低频矩形波励磁技术是结合了直流励磁和交流励磁技术的优点,同时避免了它们缺点的一种励磁技术低频矩形波励磁技术随着集成电路技术和同步采样技术的发展和实用化在电磁流量计中得到广泛应用。它的励磁磁场波形[2]如图1所示。其频率通常为工频的偶数分之一。(一般为1/2～ 1/32)。从图1(a)中可以看到在半个周期内,磁场是一恒稳的直流磁场。它具有直流励磁技术受电磁干扰影响小,不产生涡流效应,正交干扰和同相干扰小等特点;但从整个时间过程看又是一个交变信号,具有正弦波励磁技术基本不产生极化现象,便与放大和处理信号。避免直流放大器零点漂移、噪声等的优点。所以低频矩形波励磁技术具有很好的抗干扰性能。但从图1(c)中也可以看到实际低频矩形波励磁方式中,由于励磁电流矩形波存在上升沿和下降沿,在上升沿和下降沿也必然存在正交干扰,虽然很快会消失,但沿越陡正交干扰电动势也越大。
另外除了由于励磁电流引起的正交干扰,在电磁流量变送器中,由于两电极的引线处于交变磁场中,当变送器通电后,在引线的闭合回路内就产生出感应电动势。
3 对抗干扰方式的分析
3.1 变送器的调零法
要消除由于“变压器效应”产生的正交干扰,主要有两种方法:一种是人为的造成一个与正交干扰幅值相同的信号去与干扰信号相互抵消;另一种是让引出线组成的闭合回路在磁场交链的磁通所形成的电流之代数和为零[3]。下面主要讨论后一种方法。
图1 低频矩形波励磁波形
如图2所示,这种方法是在一个电极上引出两根导线,分别接在电位器的两端,另一个电极的引出线和电位器的中端分别接到转换器的输入端,即Rsr的两端。这样就形成了两个闭合回路Ⅰ和Ⅱ ,在闭合回路Ⅰ中感应产生的电动势e和闭合回路Ⅱ中感应产生的电动势e′,各自形成电流i和i′。i和i′分别经过电位器的中端加到转换器的输入电阻Rsr上。因为这两个电流的方向是相反的,当被测液体的流速为零时,调整电位器中心触点的位置,可以找到一个平衡点,使两个闭合回路的电流大小相等,而方向相反,这样就可以相互抵消。其关系可用下式表示,因:
式中: r′为变送器内阻,R1和R2分别为电位器左侧和右侧的电阻,f1和f2分别为通过回路Ⅰ和Ⅱ磁通。因流经转换器输入阻抗Rsr的电流i和i′之差,即:
因此,从理论上讲,用这样的方法可以把因变送器产生的正交干扰完全消除。但由于制造工艺的原因,不可能完全消除,所以还必须采取其他的措施。
3.2 同步采样技术
当信号连续时,我们可使用同步采样技术对信号进行采样[4]。但要注意采样区域、宽度、对称度、及采样的起始点的选取,特别是在小流量情况下,对电磁流量计的测量精度有较大的影响。采样频率要选为工频周期的整数倍。这样即使混有干扰信号因其采样时间为完整的工频周期,其平均值也为零,干扰电压不起作用。
3.3 数字滤波技术
数字滤波技术是智能仪器中最常采用的技术,能够完成模拟滤波器不能完成的功能,很容易解决脉冲干扰剔除、数字电路毛刺干扰消除、A/D转换器的抗工频能力以及输入微处理器数字的可靠性等问题。
3.4 接地
由于电磁流量计中变送器的输出信号很小,为了提高仪表抗干扰的能力,变送器输入回路的零电位必须接地[5]。同时,变送器的测量管外壳接地可以起屏蔽作用,减小外界和激磁系统本身的电磁场干扰[6]。必须强调,流量计一定要单独接地。因为若与其他仪表或电气装置共同接地,接地线中的漏电流对测量信号将产生串模干扰,严重时流量计将无法工作。另外,接地点应远离大型用电器,避免地电流串入流量计,造成干扰源。
4 结束语
通过以上的分析,对电磁流量计中产生干扰的原因及解决的办法有了大致的了解。可以看出智能电磁流量计多种抗干扰技术的采用,使电磁流量计抗干扰能力增强,精度和可靠性提高更加的适应于工业应用现场。
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