摘(zhai)要:本文(wen)簡要闡(chǎn)述了幾(jǐ)種 電磁(ci)流量計(jì) (EMF)的抗幹(gan)擾技術(shù)。同時,讨(tao)論了電(diàn)磁流量(liàng)計三類(lèi)幹擾噪(zào)聲産生(sheng)的物理(lǐ)機理和(hé)特征。研(yán)究了矩(ju)形波勵(li)磁型智(zhì)能電磁(cí)流🌐量計(jì)的硬件(jian)和軟件(jiàn)抗幹擾(rǎo)技術,爲(wei)實現智(zhì)能電磁(cí)流量計(jì) 的高精(jīng)度、高可(ke)靠性、高(gao)抗幹擾(rǎo)能力奠(dian)定了堅(jiān)實的技(jì)㊙️術基礎(chu)。
1概述
　　電(diàn)磁流量(liang)計是基(jī)于導電(diàn)性流體(ti)在磁場(chang)中運動(dong)所🌏産生(shēng)的感應(ying)電勢來(lai)推算流(liú)體流量(liang)的測量(liang)儀表,其(qi)基本工(gōng)作原理(li)是電磁(ci)感應定(ding)律。因此(cǐ)電磁耦(ou)合靜電(diàn)感應㊙️是(shì)電磁流(liu)量計幹(gàn)擾噪聲(shēng)的首要(yao)來源;被(bei)測流體(tǐ)介質特(tè)性産生(shēng)的電化(huà)學♈幹擾(rǎo)噪聲是(shì)電磁流(liú)量計幹(gan)擾噪聲(sheng)的第二(er)來源;電(diàn)磁流量(liang)計供電(dian)電源的(de)電壓和(he)頻率波(bō)動等電(dian)源幹📧擾(rǎo)噪聲是(shì)電磁流(liu)量⭐計幹(gan)擾噪聲(sheng)的第三(sān)來源。以(yi)上三類(lèi)幹擾噪(zao)聲的來(lai)源、機理(lǐ)、特性不(bu)同。對電(diàn)磁流量(liang)計的影(yǐng)響方式(shi)不同,相(xiàng)應采用(yòng)的抗幹(gàn)擾措施(shī)也不同(tóng)。本文結(jie)合雙頻(pín)矩形波(bō)勵磁智(zhi)能電✂️磁(ci)流量計(ji)的研究(jiū)工作,着(zhe)重就智(zhì)🈚能電磁(cí)流量計(jì)抗幹擾(rǎo)技術加(jia)以探讨(tao),提出一(yi)些抗幹(gan)擾的對(duì)策,以供(gòng)智能儀(yi)器研究(jiū)設計參(can)考。
2電磁(cí)流量計(ji)幹擾噪(zao)聲的物(wu)理機理(lǐ)、特性及(ji)其對策(cè)
　　爲了對(dui)電磁流(liú)量計抗(kàng)幹擾技(ji)術加以(yǐ)探讨,首(shou)先必須(xū)對電磁(cí)流量計(ji)幹擾噪(zào)聲産生(shēng)的物理(lǐ)機理和(hé)特性加(jia)以分析(xī)研究,從(cong)而根據(jù)各種幹(gàn)擾噪聲(shēng)的特性(xing)采用相(xiàng)應的抗(kang)幹擾對(dui)🍓策,以提(ti)高電磁(ci)流量計(ji)抗幹擾(rǎo)的能力(lì)。
2.1工頻幹(gan)擾噪聲(sheng)
　　工頻幹(gàn)擾噪聲(shēng)是由電(dian)磁流量(liang)傳感器(qi)勵磁繞(rao)組和流(liú)體、電極(ji)、放大器(qi)輸入回(hui)路的電(dian)磁耦合(hé),其二是(shi)電🌐磁流(liú)量計工(gōng)作現場(chang)的工頻(pín)共模幹(gan)擾,其三(sān)是供電(dian)‼️電源引(yǐn)入的工(gong)頻串模(mo)☂️幹擾等(děng),其産生(shēng)的物理(li)機理🌈均(jun1)是電磁(ci)感應原(yuan)理。首先(xian)就電🔆磁(ci)流量傳(chuán)🌂感器勵(lì)磁繞組(zǔ)和流體(tǐ)、電極、放(fang)大器輸(shū)入回路(lu)的🔆電磁(cí)耦合産(chǎn)生的工(gong)頻幹擾(rao)對電磁(cí)流量計(ji)工作影(ying)響最大(dà),而且在(zài)不同的(de)勵磁技(jì)術下其(qi)🐪表現的(de)形态、特(tè)性不同(tóng),因而采(cai)取抗幹(gan)擾措施(shi)也不同(tóng),電磁流(liú)量傳感(gan)器原理(li)見圖1(a)。在(zai)工頻正(zheng)弦波勵(li)磁磁場(chǎng)🈲下,此種(zhong)電磁耦(ou)❌合工⭕頻(pin)幹擾噪(zao)聲表現(xian)形式爲(wèi)正交幹(gan)擾(見圖(tú)♍1b),又稱爲(wei)變🐕壓器(qi)電勢,其(qi)特點是(shi)幹擾噪(zào)聲幅值(zhi)和工頻(pín)正弦波(bo)勵磁頻(pin)率成正(zheng)比,相位(wèi)滞後流(liú)量♋信号(hao)電勢90°,且(qiě)幅值較(jiao)流量信(xin)号電勢(shi)大幾個(ge)數量級(ji)。

　　對(dui)于工頻(pin)共模幹(gan)擾和工(gōng)頻串模(mo)幹擾是(shi)常見的(de)幹📱擾,主(zhǔ)要是由(you)于電磁(ci)屏蔽缺(que)陷、分布(bu)電容耦(ou)合、電磁(ci)流量計(ji)接地不(bú)良等原(yuan)因産生(sheng),采用輸(shu)入保護(hu)技術、高(gao)輸入阻(zu)抗、高共(gòng)模抑🌈制(zhi)比自舉(jǔ)前置放(fang)大器技(ji)術以及(ji)重複接(jie)地技術(shu),工頻寬(kuan)脈🛀沖同(tóng)步采樣(yàng)技術等(deng)提高抗(kàng)工頻幹(gan)擾的能(néng)力。
2.2流體(ti)介質特(tè)性産生(shēng)的電化(huà)學幹擾(rǎo)噪聲
(a)電(diàn)化學極(jí)化電勢(shi)幹擾是(shi)由于電(dian)極感生(sheng)電動勢(shì)在兩極(ji)極🍓性不(bú)✏️同而導(dao)緻電解(jiě)質在電(diàn)極表面(mian)極化産(chan)生。雖然(rán)采用正(zheng)負交變(biàn)勵磁磁(ci)場能顯(xian)著減弱(ruo)極化電(dian)勢的✍️數(shù)量級,但(dan)不能根(gen)本上🥰完(wan)全消除(chú)極化電(dian)勢幹擾(rǎo)。
(b)泥漿幹(gan)擾是在(zai)測量泥(ní)漿、纖維(wei)漿等液(yè)固兩相(xiàng)導電性(xìng)流體✨流(liu)㊙️量時,固(gù)體顆粒(lì)或者氣(qì)泡擦過(guo)電極表(biǎo)面時,電(dian)極表面(mian)的接觸(chù)電化學(xué)電勢突(tū)然變化(huà),電磁流(liú)量傳感(gǎn)🌍器輸出(chū)信号出(chū)現尖峰(fēng)脈沖狀(zhuang)幹擾噪(zào)聲。
(c)流體(ti)流動噪(zào)聲是在(zai)測量低(di)導率液(yè)體(100vs cm以下(xià))流體流(liú)量時,電(diàn)極的🔞電(dian)化學電(dian)勢定期(qī)波動,産(chan)生随流(liú)量增加(jiā)而頻率(lǜ)增加的(de)随💁機幹(gàn)擾噪聲(sheng),具有類(lei)似泥漿(jiāng)幹擾的(de)1 f頻譜特(tè)性,因此(cǐ)提高勵(lì)磁頻率(lü)有助于(yú)降低流(liu)體流動(dòng)噪聲的(de)數量級(ji),以提高(gāo)電磁流(liu)量☁️傳感(gan)器測量(liang)低導電(diàn)率流體(tǐ)流量的(de)♋信噪比(bǐ)。
2.3供電電(diàn)源性幹(gàn)擾
　　電磁(cí)流量計(jì)一般都(dou)采用工(gōng)頻交流(liu)電源供(gòng)電,其電(diàn)⁉️源電壓(yā)的幅值(zhi)和頻率(lü)的變化(huà)都會給(gěi)電磁流(liu)量計帶(dai)來👌電源(yuán)性幹擾(rao)噪聲。對(duì)💛電源電(dian)壓的幅(fu)值變化(huà),因采用(yòng)多級集(jí)成🔞穩壓(yā),一般而(er)言電源(yuán)電壓的(de)幅值變(biàn)化對電(diàn)磁🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量(liàng)的測量(liàng)精度影(ying)響不大(da)。當電源(yuán)電壓的(de)頻率波(bo)動時,雖(sui)然其波(bo)🔞動範圍(wei)有限,但(dàn)對電磁(cí)流💯量計(jì)測量精(jīng)🔱度影響(xiǎng)較大。
3智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)硬件抗(kang)幹擾技(jì)術
　　綜合(hé)上述電(diàn)磁流量(liang)計幹擾(rǎo)噪聲産(chǎn)生的物(wu)理和特(te)性分析(xi),智能電(diàn)磁流量(liang)計分别(bié)采用硬(yìng)件和軟(ruǎn)件幹擾(rǎo)技術,以(yǐ)提高電(dian)磁流量(liàng)計抗幹(gan)擾能力(li)。
3.1新型勵(lì)磁技術(shù)是提高(gāo)電磁流(liu)量計抗(kang)幹擾能(neng)力的重(zhong)要💚手段(duan)
　　電磁流(liú)量計勵(lì)磁技術(shu)的發展(zhan),不僅減(jiǎn)弱電極(ji)極化㊙️電(diàn)💔勢⭐、泥漿(jiāng)幹擾、流(liu)動噪聲(shēng)的影響(xiǎng),又能改(gai)變工頻(pín)幹擾的(de)形态,便(bian)于同步(bu)采樣♉技(jì)術處理(lǐ)工頻幹(gan)擾噪聲(shēng),以避免(miǎn)工頻幹(gàn)擾的影(ying)☁️響。目前(qian)電磁流(liú)量傳感(gǎn)器采用(yòng)工頻頻(pin)率同步(bù)三值低(dī)頻矩形(xing)勵磁和(he)雙頻矩(ju)形⁉️波勵(li)磁,從而(er)👅提高電(dian)磁流🈲量(liàng)計整個(gè)抗幹擾(rǎo)能力,提(tí)高電磁(ci)流量計(jì)的測量(liang)精度和(hé)可靠性(xing)。
3.2前置放(fàng)大器的(de)設計是(shi)提高抗(kang)幹擾能(neng)力的首(shou)要環節(jie)
　　電磁流(liu)量傳感(gan)器輸出(chū)流信号(hào)十分微(wei)弱,内阻(zu)抗較👨‍❤️‍👨高(gao),因此高(gāo)輸入阻(zu)抗、低漂(piao)移、低噪(zao)聲、高CRMM前(qian)置放大(dà)器才能(neng)滿足⚽抗(kàng)同相共(gong)模幹擾(rao)的要求(qiu)。前置放(fàng)大器采(cai)用JFET高輸(shu)入阻抗(kàng)電壓緩(huan)沖器,低(dī)漂移低(di)噪聲減(jiǎn)法器,精(jing)密電阻(zǔ)精心匹(pi)配🐆組成(cheng)儀用放(fang)大器,并(bing)采用輸(shu)入保護(hu)技術,共(gong)模電壓(yā)自舉技(ji)術和接(jie)地⁉️技術(shu)大大提(ti)高抗共(gòng)模幹擾(rao)的能力(li),抑制零(líng)點漂移(yi)的影響(xiang)。


3.3同步(bu)采樣的(de)頻率補(bu)償技術(shù)
　　同步采(cai)樣和工(gōng)頻電源(yuan)頻率監(jiān)視補償(cháng)技術,是(shi)提高💔抗(kàng)流量🔆信(xìn)号電勢(shì)中混入(ru)工頻幹(gan)擾和工(gōng)頻電源(yuan)頻率波(bō)動産生(sheng)工頻幹(gan)擾能力(li)的有效(xiao)方法。同(tong)步采樣(yang)技術,其(qi)采樣脈(mò)寬爲工(gong)🌍頻周期(qi)的整數(shu)倍,使流(liú)量信号(hao)電勢中(zhōng)工頻幹(gan)擾⛷️平均(jun1)值等于(yu)零,以消(xiao)👅除工頻(pin)幹💁擾的(de)影響;工(gong)頻電源(yuán)的頻率(lǜ)波動補(bu)償是保(bao)證頻率(lǜ)的動态(tai)波動中(zhong),勵磁電(dian)源和采(cai)樣脈沖(chong)得以同(tóng)步調🔞整(zheng),真正實(shí)現同步(bù)采樣技(jì)術和同(tóng)步勵磁(cí)技術,同(tong)步💁A D轉換(huàn),以降低(di)工頻幹(gàn)擾的影(yǐng)響。
3.4采用(yong)新型HCMOS系(xi)列芯片(pian)技術
　　采(cai)用74HC系列(liè)芯片技(ji)術較采(cǎi)用74LS系列(liè)芯片其(qi)低噪聲(shēng)容💜限提(tí)高2.4倍,高(gāo)燥聲容(róng)限提高(gāo)2.1倍,智能(néng)電磁流(liú)量計整(zhěng)個硬件(jiàn)采用74HC系(xi)🐉列芯片(piàn),不僅降(jiàng)低整個(gè)功耗,而(ér)且提高(gāo)元器件(jian)本身☀️抗(kang)幹擾能(neng)力,爲電(diàn)磁流量(liàng)計小型(xing)輕💁量一(yī)體化✌️奠(diàn)定了基(jī)礎。
3.5微處(chu)理器系(xi)統電源(yuán)電壓監(jiān)視技術(shù)
　　智能電(diàn)磁流量(liang)計中微(wēi)處理器(qì)系統當(dang)電源瞬(shun)态欠壓(yā),勵磁開(kai)關脈沖(chong)動作都(dōu)會造成(chéng)微處理(li)器誤動(dòng)作,數據(ju)丢失等(děng)現象,因(yin)此必須(xū)采用可(kě)靠的複(fu)位電路(lù)💋和電源(yuán)電壓監(jiān)視技術(shù)♉。最簡單(dān)🛀實用的(de)方法是(shì)采用低(dī)成本電(dian)源配合(hé)高🥵靈敏(min)度的電(dian)源電壓(ya)監視器(qi),提高微(wei)處理器(qì)☔系統和(hé)抗幹擾(rǎo)能力。如(rú)圖2所示(shì)微處理(lǐ)器電壓(yā)監視器(qi),其采用(yòng)TL7705CP電源電(dian)❌壓監視(shì)器芯片(pian),具有電(dian)源加電(diàn)、電源瞬(shun)時欠壓(yā)均能産(chǎn)生可靠(kao)的複位(wèi)信号🔆。
4智(zhi)能電磁(ci)流量計(jì)軟件抗(kàng)幹擾技(jì)術
　　智能(neng)電磁流(liu)量計固(gu)化在EPROM中(zhong)的軟件(jian)配合硬(ying)件除完(wán)成🔴智能(neng)電磁流(liú)量計的(de)正常功(gong)能外,必(bì)須具備(bèi)較強的(de)抗幹擾(rǎo)能力✂️和(he)容錯能(neng)力,組成(cheng)完善的(de)應用程(chéng)序。
4.1數字(zi)濾波技(jì)術
　　數字(zi)濾波技(jì)術是智(zhì)能儀器(qì)中最常(cháng)采用的(de)技術,能(néng)夠完成(chéng)✨模👅拟濾(lü)波器不(bú)能完成(cheng)的功能(neng),很容易(yi)解決脈(mo)沖幹擾(rǎo)剔除、數(shù)字🔞電路(lu)毛刺幹(gàn)擾消除(chú)、A D轉換器(qi)的抗工(gōng)頻能力(lì)以及輸(shū)入🈲微處(chu)理器數(shu)字的可(kě)靠性問(wèn)🍓題。
4.2程控(kong)放大器(qi)技術
　　程(cheng)控放大(da)器技術(shù)即解決(jué)電磁流(liu)量計量(liàng)程自動(dong)轉換問(wen)題,同時(shi)利用增(zeng)益控制(zhì)方法有(you)效削弱(ruò)微分幹(gàn)擾峰值(zhí)使❄️放大(dà)器過載(zǎi)的問題(tí),便于流(liu)量信号(hao)電勢處(chu)理,提高(gāo)抗微🈲分(fen)幹擾的(de)能力。
4.3微(wēi)處理器(qì)硬件故(gù)障自診(zhěn)斷技術(shu)
　　微處理(li)器硬件(jian)故障自(zì)診斷技(jì)術是采(cǎi)用軟件(jiàn)容錯♍設(shè)計,極大(da)地📐提高(gāo)硬件系(xi)統的可(ke)靠性,從(cóng)而提高(gao)整個智(zhi)能電磁(cí)流量計(jì)的抗幹(gan)擾能力(li)。具體包(bao)括CPU自診(zhěn)斷,定時(shi)器診斷(duàn),中斷功(gong)🐅能診斷(duàn),RAM診斷,A D通(tong)道診斷(duan)和校正(zheng),D A通道診(zhěn)斷,數字(zì)I O口通道(dào)的診斷(duàn)等部分(fen)♍,涉及到(dào)智能電(dian)磁流量(liang)計的關(guan)鍵部件(jian)。
4.4微處理(li)器抗幹(gan)擾技術(shu)
　　上述各(gè)種抗幹(gàn)擾措施(shī)是解決(jué)輸入、輸(shu)出通道(dào)中的各(ge)種幹擾(rao)問❄️題,當(dang)幹擾噪(zao)聲沒有(you)作用到(dào)微處理(li)器本身(shēn)時,微處(chu)理器仍(réng)然正确(què)無誤地(di)執行各(gè)種抗幹(gan)擾軟件(jiàn)🔴,消除或(huò)者削弱(ruò)幹擾噪(zào)聲對電(diàn)💰磁流量(liàng)計輸入(rù)輸出通(tong)路的影(ying)響⭐,當幹(gàn)擾噪聲(shēng)通過三(san)總線等(deng)作🧑🏽‍🤝‍🧑🏻用到(dào)微處理(li)🈚器本身(shēn),CPU将不能(néng)按正常(cháng)狀态執(zhi)行程序(xu),導緻智(zhì)能電磁(ci)💚流量計(jì)整個工(gōng)作混亂(luan),爲了提(ti)高微處(chù)理器自(zì)身的抗(kàng)幹擾能(neng)力采用(yòng)硬件和(he)軟件相(xiang)配合🌍的(de)多種抗(kàng)幹擾措(cuo)施。多種(zhong)複位方(fāng)式解決(jué)失控的(de)CPU最簡單(dan)的方法(fǎ),掉電保(bao)護技術(shù)🌏,軟件指(zhi)令冗餘(yu)措施🏃🏻‍♂️,軟(ruan)件陷阱(jǐng)抗幹擾(rǎo)方法也(ye)⛱️是排除(chú)智能電(diàn)磁流量(liàng)計微處(chu)理器失(shī)🤞控的有(you)效方法(fa)。
4.5程序運(yùn)行監視(shi)系統(WATCHDOG)
　　智(zhì)能電磁(cí)流量計(jì)采用程(cheng)序運行(hang)監視系(xi)統以監(jian)視微處(chù)理器執(zhí)行應用(yòng)程序的(de)狀況,當(dang)程序正(zheng)彈到一(yi)個臨時(shí)構成的(de)死循環(huan)中時看(kàn)門狗能(neng)及時發(fā)并強迫(po)系統複(fú)位,擺脫(tuo)死循環(huan)狀态,圖(tu)3所示是(shì)由硬件(jiàn)和軟件(jiàn)配合構(gou)成的程(cheng)序運行(háng)監視器(qì)。
5結束語(yu)
　　智能電(diàn)磁流量(liang)計多種(zhong)抗幹擾(rao)技術的(de)采用,使(shi)電磁流(liu)量👣計抗(kang)幹擾能(néng)力增強(qiáng),精度和(he)可靠性(xing)提高,不(bu)僅實現(xian)了電磁(cí)流量計(ji)小型輕(qīng)量一體(ti)化智能(néng)化,而且(qiě)推動了(le)電磁流(liú)量計的(de)廣泛應(ying)用,開拓(tuo)了電磁(ci)流量計(ji)的潛在(zai)市場。

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