污水流量計使用中干擾源及干擾技術(shù)的分析

摘要：作為一種新型的流量測量?jì)x表，污水流量計在最近幾年里獲得了長(cháng)足的發(fā)展，其以自身優(yōu)良的性能和特點(diǎn)被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域中各種導電液體的流量測量，同時(shí)在食品、化工以及水處理等行業(yè)中各類(lèi)漿液流量的測量中也有所應用。雖然與其它流量計相比，污水流量計有著(zhù)諸多優(yōu)點(diǎn)，但它也有一定的缺陷，即容易受到外界的干擾。為此，在應用污水流量計時(shí)，必須采取有效的抗干擾措施，這對于確保測量結果的準確性具有非常重要的意義?；诖它c(diǎn)，本文就污水流量計中干擾問(wèn)題展開(kāi)探討。
1、污水流量計的基本原理及干擾源分析
1.1污水流量計測量原理
所謂的污水流量計實(shí)質(zhì)上就是一種按照法拉第電磁感應定律來(lái)對管內導電介質(zhì)的體積流量進(jìn)行測量的感應式儀表，其主要是應用單片機嵌入式技術(shù)來(lái)實(shí)現數字勵磁，并依托于CAN現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行測量。由污水流量計的概念可知，其測量原理是基于法拉第電磁感應定律，當導電的金屬桿以某種特定的速度進(jìn)行垂直于磁力線(xiàn)方向的運動(dòng)時(shí)便會(huì )產(chǎn)生出感應電壓。通常情況下，可將流量計中測量管內的導電介質(zhì)看作是導電的金屬桿，而上端與下端的勵磁線(xiàn)圈則會(huì )在管道的垂直方向上形成一個(gè)相對比較均勻的恒定磁場(chǎng)，當導電流體以特定的速度在管道內經(jīng)過(guò)時(shí)，其便會(huì )對磁力線(xiàn)進(jìn)行切割，從而產(chǎn)生出感生電動(dòng)勢，若是在管道兩端分別加裝電極的話(huà)，則可在電極上探測到感生電壓。流量計中的信號轉換裝置能夠通過(guò)對感生電壓大小的測量計算出導電流體的體積流量，由此便可以獲得經(jīng)過(guò)管道的實(shí)際體積流量。污水流量計是由傳感器和信號轉換器兩個(gè)部分組成的，其中傳感器一般都是安裝在現場(chǎng)的被測管道當中，而信號轉換器則主要負責對傳感器測量獲得的微弱信號進(jìn)行濾波和放大，并將該信號轉換為標準的輸出信號，進(jìn)而實(shí)現顯示、記錄、調控的目的。
1.2污水流量計的干擾源分析
轉換器的流量信號由傳感器所提供，是一種電壓信號，即電極間的電位差。在測量實(shí)踐中，受靜電感應、電磁感應、電化學(xué)電勢等因素的影響，致使電極上的電壓不僅與流速成比例形成電動(dòng)勢，而且還包含多種干擾成分，主要來(lái)源于以下方面：
1）在污水流量計的工作現場(chǎng)擁有大量工頻信號，導致耦合在激磁回路、前端放大器、電極的工頻干擾噪聲嚴重影響污水流量計測量的準確性。
2）污水流量計在低頻矩形波激磁的作用下會(huì )產(chǎn)生干擾，這主要是由于激磁電流突變而導致微分干擾信號的產(chǎn)生。與此同時(shí)，干擾信號會(huì )隨著(zhù)電流的穩定而逐步消失。
3）電磁流量傳感器上的變壓器效應也會(huì )產(chǎn)生相位上與流量信號形成90°的正交干擾信號。
4）部分電磁屏自身存在接地與屏蔽不良、電容雜散等弊端，極易導致返回電流不平衡，進(jìn)而引發(fā)共模干擾，甚至造成某些電路電位變化，這是致使污水流量計零點(diǎn)漂移的重要因素之一。在此情況下，產(chǎn)生的高輻射電場(chǎng)會(huì )不斷惡化電磁兼容性。
5）電路板設計在未充分考慮電磁兼容性的情況下會(huì )造成串模干擾，進(jìn)而導致信號質(zhì)量下降，尤其對于模擬電路和高速走線(xiàn)而言，會(huì )造成嚴重的不良影響。
6）在感應電場(chǎng)作用下，被測液體中電解質(zhì)會(huì )在電極表面產(chǎn)生極化現象，形成電化學(xué)極化電動(dòng)勢干擾，進(jìn)而造成污水流量計零點(diǎn)漂移。
2、污水流量計抗干擾的有效措施
2.1抗正交干擾的措施
所謂的正交干擾具體是指在相位上與流量信號之間的差為90°的干擾。當電磁力量計的變送器以交流勵磁方式運行時(shí)，會(huì )形成一個(gè)交變的磁場(chǎng)，而閉合電路則處于該磁場(chǎng)當中，由于該閉合電路無(wú)法與污水流量計的變送器交變磁場(chǎng)產(chǎn)生出來(lái)的磁力線(xiàn)處于平行狀態(tài)，致使會(huì )有一部分交變磁力線(xiàn)從該閉合線(xiàn)路當中穿過(guò)，這樣一來(lái)便會(huì )在回路當中形成一個(gè)干擾電動(dòng)勢。想要有效抑制或消除正交干擾對污水流量計的影響，可從變送器和信號轉換器這兩個(gè)部分分別采取措施，具體內容如下：
1）從變送器上采取抗干擾措施。應當盡可能使閉合回路的平面與交變磁力線(xiàn)保持平行，這樣便可以防止磁力線(xiàn)從閉合回路當中穿過(guò)的情況發(fā)生，同時(shí)可設置干擾調整機構，借此來(lái)減少干擾信號。此外，還可以在變送器上設置調零電位器，通過(guò)該電位器能夠使兩個(gè)回路當中產(chǎn)生出來(lái)的電流的電勢互相抵消，從而達到消除正交干擾信號的目的。
2）從信號轉換器上采取抗干擾措施?？稍谵D換器當中設置抗干擾機構，借此來(lái)消除變送器中殘余的正交干擾信號，具體做法是在主放大器輸出端設置補償和抑制正交干擾的機構。
2.2軟件抗干擾技術(shù)
在EPROM中，污水流量計固化的軟件與硬件相配合不僅要確保污水流量計正常功能的實(shí)現，還必須具備較強的容錯能力和抗干擾能力，構建起功能完善的應用程序。
1）數字濾波技術(shù)。該技術(shù)是智能儀器中使用最為廣泛的技術(shù)，擁有模擬濾波器所不具備的功能，主要包括消除脈沖干擾、A/D轉換器的抗工頻能力、消除數字電路毛刺干擾、保障輸入微處理器數字的可靠性等。
2）程控放大器技術(shù)。該技術(shù)能夠解決污水流量計量程自動(dòng)轉換問(wèn)題，通過(guò)增益控制以達到削弱微分干擾峰值導致放大器過(guò)載的目的，有利于處理流量信號電勢，增強抗微分干擾能力。
2.3同步采樣抗干擾技術(shù)
在信號連續的狀態(tài)下，可采用同步采樣技術(shù)實(shí)施采樣。但必須注意的是，選取的采樣區域、對稱(chēng)度、寬度、起始點(diǎn)在小流量的影響下，會(huì )導致污水流量計難以達到測量精度。為此，采樣頻率應當選取工頻周期的整數倍，如此做法可以確保在混有干擾信號的采樣時(shí)間為工頻周期的情況下，免于電壓的干擾。
2.4接地抗干擾措施
通常情況下，受變送器輸出信號較小的影響會(huì )導致污水流量計的抗干擾能力降低，所以應當將變動(dòng)器輸入電路的零電位進(jìn)行單獨接地處理，不僅可以起到屏蔽的作用，還能夠有效減少激磁系統本身電磁場(chǎng)干擾的影響。此外，污水流量計接地必須選擇遠離大型用電器的地點(diǎn)，以達到防止電流串入的目的。

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