摘要(yao):本文簡要(yao)闡述了幾(ji)種 電磁流(liu)量計 (EMF)的抗(kang)幹擾技術(shu)。同時,讨論(lun)了電磁流(liu)量計三類(lei)幹擾噪💚聲(sheng)産生🈲的物(wu)理機理和(he)特征。研究(jiu)了矩形波(bo)勵磁型智(zhi)能電❗磁流(liu)量計的硬(ying)件和軟件(jian)抗幹擾技(ji)術,爲實現(xian)智能電磁(ci)流量計 的(de)高精度、高(gao)可靠性、高(gao)抗幹擾能(neng)力奠定了(le)堅實的技(ji)📱術基礎。
1概(gai)述
　　電磁流(liu)量計是基(ji)于導電性(xing)流體在磁(ci)場中運動(dong)所産生⁉️的(de)👈感💋應電勢(shi)來推算流(liu)體流量的(de)測量儀表(biao),其🤟基本工(gong)作原理是(shi)電磁感應(ying)定律。因此(ci)電磁耦合(he)靜電感應(ying)是電磁流(liu)量計幹擾(rao)噪聲的首(shou)要來源;被(bei)測流體介(jie)質特性産(chan)生🔞的電化(hua)學幹擾噪(zao)聲是電磁(ci)流量計幹(gan)擾噪聲的(de)第二來源(yuan);電磁流量(liang)計供電電(dian)源的電壓(ya)和頻率波(bo)動等電源(yuan)幹🤞擾噪聲(sheng)是電磁😘流(liu)量計幹擾(rao)噪聲的第(di)✏️三來源。以(yi)上三類幹(gan)擾噪聲的(de)來源💘、機理(li)、特性不同(tong)。對電磁流(liu)量計的影(ying)響方式不(bu)同,相應采(cai)用的抗幹(gan)擾措施也(ye)不同。本文(wen)結合雙💋頻(pin)矩🏃🏻‍♂️形波勵(li)磁智能電(dian)磁流量計(ji)的研究工(gong)作,着重就(jiu)智能電磁(ci)流量計抗(kang)幹擾技術(shu)❌加以探讨(tao),提出一些(xie)抗幹擾💞的(de)對策,以供(gong)智能儀器(qi)研究設計(ji)參考。
2電磁(ci)流量計幹(gan)擾噪聲的(de)物理機理(li)、特性及其(qi)對策
　　爲了(le)對電磁流(liu)量計抗幹(gan)擾技術加(jia)以探讨,首(shou)先必須對(dui)電磁流量(liang)計幹擾噪(zao)聲産生的(de)物理機理(li)和特性加(jia)以分析研(yan)究,從而根(gen)據各種幹(gan)擾噪聲的(de)特性采用(yong)相應的抗(kang)幹擾對❌策(ce),以提高電(dian)磁流量計(ji)抗幹擾的(de)能力。
2.1工頻(pin)幹擾噪聲(sheng)
　　工頻幹擾(rao)噪聲是由(you)電磁流量(liang)傳感器勵(li)磁繞組和(he)流體、電極(ji)🌈、放大器輸(shu)入回路的(de)電磁耦合(he),其二是電(dian)磁流量計(ji)工作👨‍❤️‍👨現場(chang)的工🛀頻共(gong)模幹擾,其(qi)三是供電(dian)電源引入(ru)的工頻串(chuan)模幹擾等(deng),其産生的(de)物理機理(li)均是電磁(ci)♌感應原理(li)。首先就電(dian)磁流量傳(chuan)感器勵磁(ci)繞組和流(liu)體🛀🏻、電極、放(fang)大器輸入(ru)回路的電(dian)磁耦合産(chan)生的工頻(pin)幹☂️擾對電(dian)磁流量計(ji)工作影響(xiang)最大,而且(qie)🐅在不同的(de)勵磁技術(shu)下其表現(xian)的形态、特(te)性不同,因(yin)而采取抗(kang)幹擾措施(shi)💃也不同,電(dian)磁流量🌈傳(chuan)感器原理(li)見圖1(a)。在工(gong)頻正弦波(bo)勵磁磁場(chang)下,此種電(dian)磁耦📧合工(gong)⚽頻幹擾噪(zao)聲表現形(xing)式爲正交(jiao)幹擾(見圖(tu)1b),又稱爲變(bian)壓器電勢(shi),其特點是(shi)幹擾噪聲(sheng)幅值和工(gong)頻正弦波(bo)勵磁頻率(lü)成正比,相(xiang)位滞後流(liu)量🏃‍♀️信号電(dian)勢90°,且幅值(zhi)較流量信(xin)号電勢大(da)幾個數量(liang)級。

　　對于工頻(pin)共模幹擾(rao)和工頻串(chuan)模幹擾是(shi)常見的幹(gan)擾,主要是(shi)♉由于電磁(ci)屏蔽缺陷(xian)、分布電容(rong)耦合、電磁(ci)流量計接(jie)地不✂️良等(deng)原因🈲産生(sheng),采用輸入(ru)保護技術(shu)、高輸入阻(zu)抗、高共模(mo)抑制比自(zi)舉前置🔴放(fang)大器技術(shu)以及重複(fu)接地技術(shu),工頻寬脈(mo)⛱️沖同步采(cai)樣技術等(deng)提高抗工(gong)頻幹擾的(de)能力。
2.2流體(ti)介質特性(xing)産生的電(dian)化學幹擾(rao)噪聲
(a)電化(hua)學極化電(dian)勢幹擾是(shi)由于電極(ji)感生電動(dong)勢在兩極(ji)極性不同(tong)而導緻電(dian)解質在電(dian)極表面極(ji)化産生。雖(sui)然采💋用正(zheng)🏒負交變勵(li)磁磁場能(neng)顯著減弱(ruo)極化電勢(shi)的數量級(ji)🏃‍♀️,但不能根(gen)本上完全(quan)消除極化(hua)電勢幹擾(rao)。
(b)泥漿幹擾(rao)是在測量(liang)泥漿、纖維(wei)漿等液固(gu)兩相導電(dian)性流體流(liu)量時,固體(ti)顆粒或者(zhe)氣泡擦過(guo)電極表面(mian)時,電極表(biao)面的接觸(chu)電化學電(dian)勢突然變(bian)化,電磁流(liu)量傳感器(qi)輸出信号(hao)出現尖峰(feng)脈沖狀幹(gan)擾噪聲。
(c)流(liu)體流動噪(zao)聲是在測(ce)量低導率(lü)液體(100vs cm以下(xia))流體流量(liang)時,電極的(de)🐉電化學電(dian)勢定期波(bo)動,産生随(sui)流量增加(jia)而🥰頻率增(zeng)加的随🐪機(ji)幹擾噪聲(sheng),具有類似(si)泥漿幹擾(rao)的1 f頻譜特(te)性🆚,因此提(ti)高勵磁頻(pin)率有助于(yu)降低流體(ti)流動噪聲(sheng)的數量級(ji),以提高電(dian)磁流量🍉傳(chuan)感器測量(liang)低導電率(lü)流體流量(liang)的信噪比(bi)。
2.3供電電源(yuan)性幹擾
　　電(dian)磁流量計(ji)一般都采(cai)用工頻交(jiao)流電源供(gong)電,其電源(yuan)電壓的幅(fu)值和頻率(lü)的變化都(dou)會給電磁(ci)流量計帶(dai)來電源性(xing)幹擾噪聲(sheng)。對電源電(dian)壓的幅值(zhi)變化,因采(cai)用多級集(ji)成穩壓,一(yi)般而言電(dian)源電❄️壓的(de)幅值變化(hua)對電磁流(liu)量的測量(liang)精度影響(xiang)不大。當電(dian)源電壓🔱的(de)頻率波動(dong)時,雖然其(qi)波動範圍(wei)有限,但對(dui)電磁流量(liang)計測量精(jing)度影響較(jiao)大。
3智能電(dian)磁流量計(ji)硬件抗幹(gan)擾技術
　　綜(zong)合上述電(dian)磁流量計(ji)幹擾噪聲(sheng)産生的物(wu)理和特性(xing)分析,智能(neng)電磁流量(liang)計分别采(cai)用硬件和(he)軟件幹擾(rao)技術,以提(ti)高電磁流(liu)量💚計抗幹(gan)擾能力。
3.1新(xin)型勵磁技(ji)術是提高(gao)電磁流量(liang)計抗幹擾(rao)能力的重(zhong)要手段
　　電(dian)磁流量計(ji)勵磁技術(shu)的發展,不(bu)僅減弱電(dian)極極化📞電(dian)勢、泥漿幹(gan)擾、流動噪(zao)聲的影響(xiang),又能改變(bian)工頻幹擾(rao)的形态✏️,便(bian)于♈同步采(cai)樣技術處(chu)理工頻幹(gan)擾噪聲,以(yi)避免工頻(pin)幹擾的影(ying)📱響。目前電(dian)磁流量傳(chuan)感器采👄用(yong)工頻頻率(lü)同步三值(zhi)低頻矩形(xing)勵磁和雙(shuang)頻矩形波(bo)勵磁,從而(er)提高電磁(ci)流量計整(zheng)個抗幹擾(rao)能力,提高(gao)電磁流量(liang)計的測量(liang)精度和可(ke)靠性。
3.2前置(zhi)放大器的(de)設計是提(ti)高抗幹擾(rao)能力的首(shou)要環節
　　電(dian)磁流量傳(chuan)感器輸出(chu)流信号十(shi)分微弱,内(nei)阻抗較高(gao),因🚶‍♀️此高輸(shu)入阻抗、低(di)漂移、低噪(zao)聲、高CRMM前置(zhi)放大器才(cai)能滿足抗(kang)同相共模(mo)幹擾的要(yao)求。前置放(fang)大器采用(yong)JFET高輸入阻(zu)抗🆚電壓緩(huan)沖器,低㊙️漂(piao)移低噪聲(sheng)減法器⛹🏻‍♀️,精(jing)密電阻精(jing)心匹配❤️組(zu)成儀用放(fang)大器,并采(cai)用輸入♊保(bao)護技術,共(gong)模電壓自(zi)舉技術和(he)接地技術(shu)大大提高(gao)抗共模幹(gan)擾的能力(li),抑制零點(dian)漂移的影(ying)響。


3.3同(tong)步采樣的(de)頻率補償(chang)技術
　　同步(bu)采樣和工(gong)頻電源頻(pin)率監視補(bu)償技術,是(shi)提高抗流(liu)⚽量信号電(dian)勢中混入(ru)工頻幹擾(rao)和工頻電(dian)源頻率波(bo)動産生工(gong)👉頻幹擾能(neng)力的有效(xiao)方法。同步(bu)采樣技術(shu),其采樣脈(mo)寬爲工頻(pin)周期✂️的整(zheng)數倍,使流(liu)量信号電(dian)勢中工頻(pin)幹擾平均(jun)值等于零(ling),以消除工(gong)頻幹擾的(de)影響;工☁️頻(pin)電源的頻(pin)🎯率波動補(bu)償☀️是保證(zheng)頻率的動(dong)态波動中(zhong),勵磁電源(yuan)和采🌈樣脈(mo)沖得以同(tong)步調💰整,真(zhen)正實現同(tong)步采樣技(ji)☂️術和同步(bu)🐅勵磁技術(shu),同步A D轉換(huan),以降低工(gong)頻幹☎️擾的(de)影響。
3.4采用(yong)新型HCMOS系列(lie)芯片技術(shu)
　　采用74HC系列(lie)芯片技術(shu)較采用74LS系(xi)列芯片其(qi)低噪聲容(rong)限提💃🏻高2.4倍(bei),高燥聲容(rong)限提高2.1倍(bei),智能電磁(ci)流量計整(zheng)個硬件采(cai)🚶‍♀️用74HC系💁列芯(xin)片,不僅降(jiang)低整個功(gong)耗,而且提(ti)高元器件(jian)本身抗幹(gan)擾🔴能力,爲(wei)電磁流量(liang)計小型輕(qing)量一體化(hua)奠定了基(ji)礎。
3.5微處理(li)器系統電(dian)源電壓監(jian)視技術
　　智(zhi)能電磁流(liu)量計中微(wei)處理器系(xi)統當電源(yuan)瞬态欠壓(ya),勵磁開關(guan)脈沖動作(zuo)都會造成(cheng)微處理器(qi)誤動作,數(shu)據丢失等(deng)現象,因此(ci)必須采用(yong)可靠的複(fu)位電路和(he)電源電壓(ya)監視技術(shu)。最簡單實(shi)用的方法(fa)是采用低(di)成本電🔱源(yuan)配合高靈(ling)敏度的🚩電(dian)源電壓🏃監(jian)視器,提高(gao)微處理器(qi)🍓系統和抗(kang)幹擾能力(li)。如圖2所示(shi)微處理器(qi)電壓監視(shi)🔅器,其采用(yong)TL7705CP電源電壓(ya)監視器芯(xin)片,具有電(dian)源加電、電(dian)源瞬時欠(qian)壓均能産(chan)生可靠的(de)複位信🐕号(hao)。
4智能電磁(ci)流量計軟(ruan)件抗幹擾(rao)技術
　　智能(neng)電磁流量(liang)計固化在(zai)EPROM中的軟件(jian)配合硬件(jian)除完成智(zhi)能電磁流(liu)量計的正(zheng)常功能外(wai),必須具備(bei)較強的抗(kang)幹擾能力(li)和容錯能(neng)力,組成完(wan)善的應用(yong)程序。
4.1數字(zi)濾波技術(shu)
　　數字濾波(bo)技術是智(zhi)能儀器中(zhong)最常采用(yong)的技術,能(neng)夠🌍完成模(mo)拟濾波器(qi)不能完成(cheng)的功能,很(hen)容易解決(jue)脈沖幹擾(rao)剔除、數字(zi)電路毛刺(ci)幹擾消除(chu)、A D轉換器的(de)抗工頻能(neng)力以及輸(shu)入微處理(li)器數字的(de)可靠性問(wen)題。
4.2程控放(fang)大器技術(shu)
　　程控放大(da)器技術即(ji)解決電磁(ci)流量計量(liang)程自動轉(zhuan)換問題🔞,同(tong)時利用增(zeng)益控制方(fang)法有效削(xue)弱微分幹(gan)✂️擾峰值使(shi)放大器過(guo)載的問題(ti),便于流量(liang)信号電勢(shi)處理,提高(gao)抗微分幹(gan)擾的能力(li)。
4.3微處理器(qi)硬件故障(zhang)自診斷技(ji)術
　　微處理(li)器硬件故(gu)障自診斷(duan)技術是采(cai)用軟件容(rong)錯設💯計,極(ji)大地提高(gao)硬件系統(tong)的可靠性(xing),從而提高(gao)整個智能(neng)電磁流量(liang)計的抗幹(gan)擾能力。具(ju)體包括CPU自(zi)診🐅斷,定時(shi)器診斷,中(zhong)斷功能診(zhen)斷,RAM診斷,A D通(tong)道診斷和(he)校正,D A通道(dao)診斷,數字(zi)I O口通道的(de)診斷等部(bu)分,涉及到(dao)智🏒能電磁(ci)流量計的(de)關鍵部件(jian)。
4.4微處理器(qi)抗幹擾技(ji)術
　　上述各(ge)種抗幹擾(rao)措施是解(jie)決輸入、輸(shu)出通道中(zhong)的各種幹(gan)📞擾🙇‍♀️問題,當(dang)幹擾噪聲(sheng)沒有作用(yong)到微處理(li)器本身時(shi),微處理器(qi)仍🔞然正确(que)無誤地執(zhi)行各種抗(kang)幹擾軟件(jian),消除或者(zhe)削弱幹擾(rao)噪聲對電(dian)磁流量計(ji)輸⁉️入輸出(chu)通路的影(ying)響,當幹擾(rao)噪聲通過(guo)三總線等(deng)作用到微(wei)處理器本(ben)身,CPU将不能(neng)按正常狀(zhuang)态執行程(cheng)序,導緻智(zhi)能電♉磁流(liu)量計整個(ge)工作混亂(luan),爲了提高(gao)微🔞處理器(qi)自身的抗(kang)幹擾能🌈力(li)采用硬件(jian)和軟件相(xiang)配❗合的多(duo)種抗幹擾(rao)措🏒施。多種(zhong)複位方式(shi)解👣決失控(kong)的CPU最簡單(dan)的😄方法,掉(diao)電保護技(ji)術,軟件指(zhi)令冗餘措(cuo)施,軟件陷(xian)阱抗幹擾(rao)方法也是(shi)排除智能(neng)電磁流量(liang)計🚶微處理(li)器失控的(de)有效方🔴法(fa)。
4.5程序運行(hang)監視系統(tong)(WATCHDOG)
　　智能電磁(ci)流量計采(cai)用程序運(yun)行監視系(xi)統以監視(shi)微處理器(qi)執行應用(yong)程序的狀(zhuang)況,當程序(xu)正彈到一(yi)個臨🌍時構(gou)成的死循(xun)🧡環中時看(kan)門狗能及(ji)時發并強(qiang)👄迫系統複(fu)位,擺脫死(si)循環狀态(tai),圖3所示是(shi)由硬件和(he)軟件配合(he)構成的程(cheng)🤟序運行監(jian)視器。
5結束(shu)語
　　智能電(dian)磁流量計(ji)多種抗幹(gan)擾技術的(de)采用,使電(dian)磁流量計(ji)抗幹擾能(neng)力增強,精(jing)度和可靠(kao)性提高,不(bu)僅實現了(le)電磁流✌️量(liang)計小型輕(qing)量一體化(hua)智能化,而(er)且推動了(le)電磁流量(liang)計的廣泛(fan)應用,開拓(tuo)了電磁流(liu)量💛計的潛(qian)在市場。

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