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对于电磁流量计干扰噪声的特性及解决办法

  为了对电磁流量计抗干扰技术加以探讨,首先必须对电磁流量计干扰噪声产生的物理机理和特性加以分析研究,从而根据各种干扰噪声的特性采用相应的抗干扰对策,以提高电磁流量计抗干扰的能力。
 

 
  电磁流量计是基于导电性流体在磁场中运动所产生的感应电势来推算流体流量的测量仪表,其基本工作原理是电磁感应定律。因此电磁耦合静电感应是电磁流量计干扰噪声的首要来源;被测流体介质特性产生的电化学干扰噪声是电磁流量计干扰燥声的第二来源;电磁流量计供电电源的电压和频率波动等电源干扰噪声是电磁流量计干扰噪声的第三来源。以上三类干扰噪声的来源、机理、特性不同。对电磁流量计的影响方式不同,相应采用的抗干扰措施也不同。法米特结合双频矩形波励磁智能电磁流量计的研究工作,着重就智能电磁流量计抗干扰技术加以探讨,提出一些抗干扰的对策,以供智能仪器研究设计参考。
  1、工频干扰噪声
  工频干扰噪声是由电磁流量传感器励磁绕组和流体、电极、放大器输入回路的电磁耦合,另外电磁流量计工作现场的工频共模干扰,其三供电电源引入的工频串模干扰等,其产生的物理机理均是电磁感应原理。首先就电磁流量传感器励磁绕组和流体、电极、放大器输入回路的电磁耦合产生的工频干扰对电磁流量计工作影响zui大,而且在不同的励磁技术下其表现的形态、特性不同,因而采取抗干扰措施也不同。
  2、流体介质特性产生的电化学干扰噪声
  电化学极化电势干扰是由于电极感生电动势在两极极性不同而导致电解质在电极表面极化产生。虽然采用正负交变励磁磁场能显著减弱极化电势的数量级,但不能根本上完全消除极化电势干扰。其特性于流体介质的性质、电极材料性质、电极的外形尺寸形状有关,具有变化缓慢,数量级不大等特点,因此选择合适的电极材料(如碳化钨),设计zui佳的电极形状的尺寸是减小极化电势的有效方法之一;另外采用正负两极性交变的矩形波励磁技术配合微处理器同步宽脉冲采样技术,到用微处理器运算功能前后两次采样值相减消除流量信号电势中的极化电势干扰。
  泥浆干扰是在测量泥浆、纤维浆等液固两相导电性流体流量时,固体颗粒或者气泡擦过电极表面时,电极表面的接触电化学电势突然变化,电磁流量传感器输出信号出现尖峰脉冲状干扰噪声。在励磁频率较低时,泥浆干扰的数量级较大,高频时干扰数量级较小,具有1/f的频谱特性。提高抗泥浆干扰的能力必须采用较高频率的矩形波励磁,以提高电磁流量传感器输出的信噪比,但会牺牲电磁流量计的零点稳定性。另外也可采用流量信号变化率限制方法以剔除脉冲干扰对电磁流量计的影响,但会牺牲仪表的响应速度。
  流体流动噪声是在测量低导率液体(100vs/cm以下)流体流量时,电极的电化学电势定期波动,产生随流量增加而频率增加的随机干扰噪声,具有类似泥浆干扰的1/f频谱特性,因此提高励磁频率有助于降低流体流动噪声的数量级,以提高电磁流量传感器测量低导电率流体流量的信噪比。
  3、供电电源性干扰
  电磁流量计一般都采用工频交流电源供电,其电源电压的幅值和频率的变化都会给电磁流量计带来电源性干扰噪声。对电源电压的幅值变化,因采用多级集成稳压,一般而言电源电压的幅值变化对电磁流量的测量精度影响不大。当电源电压的频率波动时,虽然其波动范围有限,但对电磁流量计测量精度影响较大。在智能矩形波励磁电磁流量计中采用宽脉冲采样技术,其脉冲宽度为工频周期的整数倍,具同步于工频周期,以完全消除工频干扰,但前提条件是工频噪声干扰基本不变。当供电电源频率波动时,流量信号采样时使前后的工频噪声不能完全相同,虽然采用同步励磁技术、同步采样技术仍然不能完全消除工频干扰噪声,必须采用相应的频率补偿技术,使励磁电流、采样脉冲,A/D 转换同步于频率的变化。
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