摘要:本文(wen)簡要闡述(shù)了幾種 電(dian)磁流量計(jì) (EMF)的抗幹擾(rao)技術。同時(shí),讨論了電(dian)磁流量計(jì)三類幹擾(rao)✏️噪㊙️聲産生(shēng)的物理機(ji)理和特征(zhēng)。研究了矩(ju)形波勵磁(ci)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼型智🏃‍♂️能電(diàn)磁流量計(jì)的硬件和(he)軟件抗幹(gan)擾技術,爲(wèi)實現智能(neng)電磁流量(liang)計 的高精(jing)度、高可靠(kao)性、高抗幹(gàn)擾能力奠(diàn)定了堅實(shi)的❓技🎯術基(ji)礎。
1概述
　　電(diàn)磁流量計(jì)是基于導(dao)電性流體(ti)在磁場中(zhong)運動所産(chan)生的📞感應(ying)電勢來推(tuī)算流體流(liu)量的測量(liàng)儀表,其基(jī)本工作原(yuan)理是電磁(ci)感應定律(lǜ)。因此電磁(cí)耦合靜電(dian)感應是電(dian)磁流量計(ji)幹擾噪聲(sheng)的首要來(lái)源;被測🚩流(liú)體介質特(tè)性産生的(de)電化學幹(gan)擾噪聲是(shi)電磁流量(liàng)計幹擾噪(zào)聲的第二(èr)來源;電磁(ci)流量💞計供(gong)電電源🔴的(de)電壓和頻(pín)率波動等(deng)電源幹擾(rao)噪聲是電(diàn)磁🐆流量⚽計(jì)幹擾噪聲(sheng)的第三來(lái)源㊙️。以上三(san)類幹擾噪(zao)聲的來源(yuan)、機理、特性(xìng)不同。對👅電(dian)磁流量計(ji)的影響方(fāng)式不同,相(xiàng)應采用的(de)抗幹擾措(cuo)施也不同(tóng)。本文結合(he)雙頻矩形(xíng)波勵磁智(zhì)能電磁流(liú)量計的研(yán)究工作,着(zhe)重就智🔞能(néng)電磁流量(liang)計抗幹擾(rao)技🙇🏻術加以(yi)探讨,提出(chū)一些抗幹(gan)擾♌的對策(cè),以供智能(néng)儀器研究(jiū)設計參考(kao)。
2電磁流量(liàng)計幹擾噪(zao)聲的物理(li)機理、特性(xing)及其對策(cè)🙇‍♀️
　　爲了對電(diàn)磁流量計(jì)抗幹擾技(ji)術加以探(tan)讨,首先必(bi)須對電磁(cí)流量計幹(gan)擾噪聲産(chan)生的物理(lǐ)機理和特(te)🏃性加以分(fen)析研究,從(cóng)而根據各(gè)種幹擾噪(zao)聲的特性(xing)采用相應(ying)的抗🐆幹擾(rǎo)對策,以提(ti)高電磁流(liú)量計抗幹(gan)👣擾的能力(li)。
2.1工頻幹擾(rǎo)噪聲
　　工頻(pin)幹擾噪聲(shēng)是由電磁(cí)流量傳感(gǎn)器勵磁繞(rào)組和流體(tǐ)、電極、放大(da)器輸入回(huí)路的電磁(ci)耦合,其二(èr)是電磁流(liu)量計工作(zuo)現場🏃‍♂️的工(gong)頻共模幹(gàn)擾,其三是(shi)供電電源(yuán)引入的工(gōng)頻串模幹(gan)擾等,其産(chan)生的物理(lǐ)機理均是(shì)電磁感應(yīng)原理。首先(xian)就電磁流(liu)量傳感器(qi)勵磁✂️繞組(zǔ)和流體、電(dian)極、放大器(qi)‼️輸入回路(lu)的⛷️電磁耦(ou)合産生的(de)工頻幹擾(rao)🥵對電磁流(liú)量計💃工作(zuo)影響最大(da),而且在不(bu)同的勵磁(cí)技術下其(qí)表現的形(xíng)态、特性不(bu)同,因而采(cai)取抗幹擾(rǎo)措施👈也不(bú)同,電磁流(liu)量傳感器(qì)原理見圖(tu)1(a)。在工頻正(zhèng)弦波勵磁(cí)磁場下,此(cǐ)種電磁耦(ǒu)👌合工頻幹(gan)擾噪聲表(biǎo)現形式爲(wèi)正交幹擾(rǎo)(見圖1b),又稱(cheng)爲變🏃🏻‍♂️壓器(qi)電勢,其特(te)點是幹擾(rao)♻️噪聲幅值(zhí)和工頻正(zhèng)弦波🔞勵磁(cí)頻率成正(zheng)比,相位滞(zhì)後流量信(xìn)号電勢90°,且(qiě)幅值💞較流(liú)量信🤟号電(diàn)勢大幾個(gè)數量級。

　　對于(yu)工頻共模(mó)幹擾和工(gong)頻串模幹(gàn)擾是常見(jiàn)的幹擾,主(zhu)要🚩是由于(yu)電磁屏蔽(bi)缺陷、分布(bu)電容耦合(he)、電磁流量(liàng)計接地不(bu)♌良等🤟原因(yīn)産生,采用(yòng)輸入保護(hu)技術、高輸(shū)入📐阻抗、高(gao)共模抑制(zhi)比自舉前(qián)置放大器(qi)技術以及(jí)重複接地(di)技術,工頻(pín)寬脈沖同(tong)步采樣技(ji)術等提高(gao)抗工頻幹(gan)擾的能力(li)。
2.2流體介質(zhi)特性産生(shēng)的電化學(xue)幹擾噪聲(shēng)
(a)電化學極(jí)化電勢幹(gan)擾是由于(yu)電極感生(shēng)電動勢在(zài)兩極極性(xing)不同而導(dǎo)緻電解質(zhì)在電極表(biao)面極化産(chan)生。雖然采(cai)用正負交(jiao)變勵磁磁(cí)場能顯著(zhe)減弱極化(huà)電勢的數(shu)量級,但不(bu)能根本上(shang)完全消除(chú)極化電勢(shi)幹擾。
(b)泥漿(jiang)幹擾是在(zai)測量泥漿(jiāng)、纖維漿等(deng)液固兩相(xiang)導電性流(liú)體流量時(shí),固體顆粒(lì)或者氣泡(pao)擦過電極(jí)表面時,電(diàn)極表面的(de)☂️接觸電化(huà)學電勢突(tu)然變化,電(dian)磁流🐉量傳(chuán)感器輸出(chū)信号出現(xian)尖峰脈沖(chong)狀幹擾噪(zao)聲。
(c)流體流(liú)動噪聲是(shì)在測量低(di)導率液體(ti)(100vs cm以下)流體(tǐ)流♈量時,電(dian)極的電化(huà)學電勢定(ding)期波動,産(chan)生随流量(liàng)增加而頻(pín)率增加的(de)随機幹擾(rǎo)噪聲,具有(yǒu)類似泥漿(jiang)幹🌂擾的1 f頻(pin)譜特性,因(yīn)此提高勵(lì)磁💜頻率有(you)助于降低(dī)流❓體流動(dòng)噪聲的數(shù)量級,以提(tí)高電磁流(liu)量傳感器(qì)測量低導(dao)電率流體(ti)流量的信(xìn)噪比。
2.3供電(diàn)電源性幹(gan)擾
　　電磁流(liu)量計一般(bān)都采用工(gong)頻交流電(dian)源供電,其(qí)電源電壓(yā)的幅值和(hé)頻率的變(biàn)化都會給(gěi)電磁流量(liang)計🐇帶來電(dian)源㊙️性幹擾(rao)噪聲。對電(dian)源電壓的(de)幅值變化(hua),因采用多(duo)☎️級集成穩(wen)壓,一般而(er)言電源電(diàn)壓的幅值(zhi)變💁化對電(diàn)磁流量的(de)測量精度(dù)影響不大(da)。當電源電(diàn)壓的頻率(lǜ)波動時,雖(sui)然其波☂️動(dong)範圍有限(xiàn),但對電磁(cí)流🌈量計測(cè)量精度影(ying)響較大。
3智(zhì)能電磁流(liu)量計硬件(jian)抗幹擾技(jì)術
　　綜合上(shang)述電磁流(liú)量計幹擾(rǎo)噪聲産生(shēng)的物理和(he)特性分析(xi),智能♉電磁(ci)流量計分(fen)别采用硬(yìng)件和軟件(jian)幹擾技術(shù),以提高❓電(dian)磁流量計(ji)抗幹擾能(néng)力。
3.1新型勵(li)磁技術是(shì)提高電磁(ci)流量計抗(kàng)幹擾能力(li)的重要手(shou)段
　　電磁流(liu)量計勵磁(ci)技術的發(fā)展,不僅減(jiǎn)弱電極極(ji)化電勢、泥(ni)漿🍓幹擾、流(liú)動噪聲的(de)影響,又能(neng)改變工頻(pín)幹擾的形(xing)态,便于同(tong)步采樣技(ji)術處理工(gōng)頻幹擾噪(zào)聲🛀🏻,以避免(mian)🙇‍♀️工頻幹擾(rao)的影響。目(mu)前電磁流(liú)量傳感器(qì)采用工頻(pín)頻率同步(bu)三值低頻(pín)矩👌形勵磁(ci)和📞雙頻矩(jǔ)形波勵磁(cí),從而提高(gāo)電磁流量(liàng)計整個抗(kàng)幹擾能力(li),提高電磁(cí)流量計的(de)測量精度(dù)和🐕可靠性(xing)。
3.2前置放大(dà)器的設計(jì)是提高抗(kàng)幹擾能力(li)的首要環(huán)節
　　電磁流(liú)量傳感器(qì)輸出流信(xìn)号十分微(wei)弱,内阻抗(kang)較高🐕,因此(ci)🏒高輸入阻(zu)抗、低漂移(yi)、低噪聲、高(gāo)CRMM前置放大(dà)器才能🧑🏽‍🤝‍🧑🏻滿(mǎn)足抗同相(xiang)共模幹擾(rao)的要求。前(qian)置放大器(qi)采💃用JFET高輸(shu)入阻抗電(dian)壓緩⛱️沖器(qi),低漂移低(dī)噪聲減法(fa)器,精密電(diàn)阻精心匹(pǐ)配組成儀(yí)用放大器(qì),并采用輸(shū)入💃🏻保護技(ji)術,共模電(diàn)壓自舉技(ji)術和接地(di)技術大大(dà)提高抗共(gong)模幹擾的(de)能力,抑制(zhì)零點漂移(yi)的影響⛱️。


3.3同步采(cai)樣的頻率(lǜ)補償技術(shu)
　　同步采樣(yang)和工頻電(diàn)源頻率監(jiān)視補償技(jì)術,是提高(gāo)抗流量信(xìn)✏️号❄️電勢中(zhong)混入工頻(pin)幹擾和工(gōng)頻電源頻(pín)率波動産(chǎn)生工頻幹(gàn)擾能力的(de)有效方法(fǎ)。同步采樣(yàng)技術,其⭐采(cai)樣脈寬爲(wèi)工❤️頻周期(qi)🙇🏻的整數倍(bèi),使流量信(xin)号電勢中(zhong)工頻幹擾(rǎo)平均值等(děng)于零,以消(xiao)除工頻幹(gàn)擾的影響(xiǎng);工頻電源(yuan)的頻㊙️率波(bō)動補償是(shi)保證頻率(lǜ)的動态波(bō)動中,勵磁(cí)電源和采(cǎi)樣脈沖得(de)以同🏃🏻‍♂️步調(diào)整,真正實(shi)現同步采(cǎi)樣技術和(hé)同步勵磁(ci)技術,同步(bù)A D轉換,以降(jiang)低工頻幹(gan)擾的影響(xiang)。
3.4采用新型(xíng)HCMOS系列芯片(piàn)技術
　　采用(yòng)74HC系列芯片(piàn)技術較采(cǎi)用74LS系列芯(xīn)片其低噪(zào)聲容限💔提(tí)高2.4倍,高🈚燥(zao)聲容限提(ti)高2.1倍,智能(neng)電磁流量(liang)計整個硬(ying)件采用74HC系(xì)✉️列芯片,不(bu)⛱️僅降低整(zheng)個功耗,而(er)且提高元(yuán)器件本身(shēn)抗幹擾😘能(neng)力,爲電磁(ci)流量計小(xiao)型輕量一(yi)體化奠定(ding)了基礎。
3.5微(wēi)處理器系(xi)統電源電(diàn)壓監視技(ji)術
　　智能電(dian)磁流量計(jì)中微處理(li)器系統當(dāng)電源瞬态(tai)欠壓🚩,勵磁(ci)👈開關脈沖(chong)動作都會(huì)造成微處(chu)理器誤動(dong)作,數據丢(diū)失等現❓象(xiang),因此必須(xu)采用可靠(kào)的複位電(dian)路和電源(yuan)電壓監視(shi)技術。最簡(jiǎn)單實用的(de)方法是采(cai)用低成本(ben)電源配合(he)高靈敏度(dù)的電源電(diàn)壓監視器(qi),提高微處(chu)理器系統(tong)和抗幹擾(rǎo)能力。如圖(tú)2所示微處(chù)理器電壓(yā)監視器,其(qí)采用TL7705CP電源(yuán)電❤️壓監視(shì)器芯片,具(jù)有電源加(jia)電、電源瞬(shun)時欠壓均(jun)能産生可(ke)靠的複位(wei)信号。
4智能(neng)電磁流量(liàng)計軟件抗(kàng)幹擾技術(shù)
　　智能電磁(ci)流量計固(gu)化在EPROM中的(de)軟件配合(he)硬件除完(wán)成智能電(diàn)磁流量計(jì)的正常功(gong)能外,必須(xu)具備較強(qiang)的抗幹擾(rǎo)能力和容(róng)🤞錯能力,組(zu)成完善的(de)應用程序(xu)⚽。
4.1數字濾波(bō)技術
　　數字(zì)濾波技術(shu)是智能儀(yí)器中最常(cháng)采用的技(jì)術,能夠完(wan)成模👉拟濾(lü)波器不能(néng)完成的功(gong)能,很容易(yì)解決脈沖(chòng)🚩幹擾剔除(chu)、數字電路(lù)毛刺幹擾(rǎo)消除、A D轉換(huan)器的抗工(gōng)頻🔅能力以(yǐ)😘及輸入💋微(wēi)處理器數(shù)字的可靠(kao)性問題。
4.2程(chéng)控放大器(qi)技術
　　程控(kòng)放大器技(ji)術即解決(jué)電磁流量(liàng)計量程自(zì)動轉換🈚問(wèn)題,同時利(li)用增益控(kong)制方法有(yǒu)效削弱微(wei)分幹擾峰(fēng)👣值使放大(dà)器過載的(de)問題,便于(yu)流量信号(hao)電勢處理(lǐ),提高抗微(wei)分幹擾🌐的(de)能力。
4.3微處(chù)理器硬件(jiàn)故障自診(zhen)斷技術
　　微(wei)處理器硬(yìng)件故障自(zì)診斷技術(shù)是采用軟(ruan)件容錯設(shè)計,極☁️大地(di)提高硬件(jian)系統的可(kě)靠性,從而(er)提高整♋個(ge)智能電磁(ci)流🚩量計的(de)抗幹擾能(neng)力。具體包(bao)括CPU自診斷(duan),定時🔞器診(zhen)斷,中斷功(gong)能診斷🚩,RAM診(zhen)斷,A D通道診(zhen)斷和校🤞正(zhèng),D A通道診斷(duàn),數字I O口🏃🏻通(tōng)道的診斷(duan)等部分,涉(she)及到智☂️能(neng)電磁流量(liàng)計的關鍵(jiàn)部🌐件。
4.4微處(chu)理器抗幹(gan)擾技術
　　上(shang)述各種抗(kang)幹擾措施(shī)是解決輸(shu)入、輸出通(tōng)道中的🈲各(gè)種幹擾問(wen)題,當幹擾(rao)噪聲沒有(you)作用到微(wei)處理器本(běn)身時,微㊙️處(chu)理器仍然(rán)正确無誤(wu)地執行各(ge)種抗幹擾(rǎo)軟件,消除(chu)或者削弱(ruo)幹擾噪聲(sheng)對電✨磁流(liu)量計輸入(ru)輸出通路(lu)的影響,當(dāng)幹擾噪聲(sheng)通過三總(zǒng)線等作🔴用(yòng)到微處理(li)器本身,CPU将(jiang)不能按正(zhèng)常狀态執(zhi)行程序,導(dao)緻智能電(dian)磁流量計(jì)整個工作(zuò)混亂,爲了(le)提高微處(chu)理器自身(shen)的抗幹擾(rao)能力采用(yong)硬件和軟(ruǎn)件相配合(hé)的多種抗(kàng)幹擾措施(shī)。多種複位(wèi)方式解決(jué)失控的CPU最(zui)簡單的方(fang)法,掉電保(bao)護技術,軟(ruǎn)件指令冗(rǒng)餘措施,軟(ruǎn)件陷阱抗(kang)幹擾方法(fa)也是排除(chú)智能電磁(cí)流量計微(wēi)處理器失(shī)控的有效(xiao)方✔️法。
4.5程序(xu)運行監視(shi)系統(WATCHDOG)
　　智能(néng)電磁流量(liàng)計采用程(chéng)序運行監(jian)視系統以(yi)監視微處(chu)理器執🈲行(hang)應用程序(xu)的狀況,當(dang)程序正彈(dàn)到一🏃個臨(lín)時構成的(de)死循環中(zhōng)時看門狗(gou)能及時發(fā)并強🌈迫系(xì)統複位,擺(bai)脫死循環(huán)狀态,圖3所(suo)示是由硬(ying)件和❌軟件(jian)配合構成(cheng)的程序運(yùn)行監⭕視器(qì)。
5結束語
　　智(zhì)能電磁流(liú)量計多種(zhǒng)抗幹擾技(ji)術的采用(yòng),使電磁流(liu)量🔅計抗幹(gan)🔆擾能力增(zēng)強,精度和(hé)可靠性提(ti)高,不僅實(shi)現了電磁(ci)流量計小(xiǎo)型輕量一(yi)體化智能(neng)化,而且☂️推(tuī)動了電磁(ci)流量計的(de)廣泛應用(yòng),開拓⭐了電(diàn)磁流量⁉️計(ji)的潛在🐉市(shì)場。

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