如何有效提升鹽水流量計的精度及其測量過(guò)程中抗干擾能力

在工農生產(chǎn)的許多現場(chǎng)，凡是涉及到液體和氣體原料和成品的測量與計量，都要用到流量計，流量計的種類(lèi)有很多種，每一種類(lèi)型的流量計又可以分出很多種型號，鹽水流量計就是其中使用量最廣的流量計種類(lèi)之一。無(wú)論是對于生產(chǎn)過(guò)程的控制還是對于貿易環(huán)節的結算，流量測量都非常的重要，流量計測量的精確度直接關(guān)系到生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟效益，在某些用量巨大的環(huán)節，由于測量誤差的失控，可能會(huì )嚴重影響到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞甚至是威脅到人身安全，在結算環(huán)節的誤差則有可能導致生產(chǎn)質(zhì)量的巨大的經(jīng)濟損失 。因此流量測量的精確度的高低絕不是一件小事。
伴隨著(zhù)國內科技和經(jīng)濟的持續進(jìn)步與發(fā)展，鹽水流量計在工農業(yè)、供水、消防等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。鹽水流量計的特點(diǎn)在于其具備優(yōu)秀的可靠性和適應性，能夠做到良好的耐腐蝕性。最近幾年，對于鹽水流量計制造與應用中的新技術(shù)仍然處于不斷探索過(guò)程中，對于流量計的精確度和穩定性也有了更好的要求。能夠影響鹽水流量計精度的因素有很多，但只要明確了主要的干擾因素，就能夠有針對性地利用軟硬件技術(shù)來(lái)降低干擾因素對測量精度的影響，有效提升鹽水流量計工作的可靠性。
1 基本原理介紹
鹽水流量計是以法拉第電磁感應定律為理論基礎而隨著(zhù)我國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的不斷發(fā)展與進(jìn)步，鹽水流量計在我國的工業(yè)、技術(shù)檢測和管理等很多領(lǐng)域得到了廣泛的使用，鹽水流量計具有良好的耐腐蝕性，并具備可靠性高、適應性強的特點(diǎn)。近年來(lái)，各個(gè)領(lǐng)域在不斷探索新技術(shù)的同時(shí)，對鹽水流量計的精確程度和穩定性也提出了更高的要求。能夠影響鹽水流量計精度的因素有很多，但只要明確了主要的干擾因素，就能夠有針對性地利用軟硬件技術(shù)來(lái)降低干擾因素對測量精度的影響，有效提升鹽水流量計工作的可靠性。

2 鹽水流量計精度影響因素分析
鹽水流量計的干擾信號有很多，這些干擾信號會(huì )和實(shí)際的流量信號相混合，產(chǎn)生一種十分復雜的數據處理情況。因此，要提高鹽水流量計對液體的測量精確度，就必須對這些干擾信號產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析與總結，以便有針對性地采取抗干擾措施，鹽水流量計的常見(jiàn)影響因素如下。
2. 1 正交干擾鹽水流量計的磁路系統包含有兩個(gè)勵磁線(xiàn)圈，而導管內的液體與傳感器電極及轉換器結構組成了一個(gè)閉合的回路，如圖2 所示。理論情況下，磁力線(xiàn)( 圖中B) 應與閉合回路相平行，但是由于裝配過(guò)程中的誤差，導致磁力線(xiàn)不可能完全平行于這一閉合回路，出現部分磁力線(xiàn)成一定角度穿過(guò)回路的現象，這引起了即使沒(méi)有液體流動(dòng)的情況下，傳感器的電極上也會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，就形成了正交干擾的基本形式。
當磁力線(xiàn)圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，由于傳感器電極的作用，在磁場(chǎng)發(fā)生轉變的過(guò)程中，兩個(gè)電極所形成的閉合回路會(huì )產(chǎn)生相反的感應電壓，當磁場(chǎng)再次發(fā)生變化時(shí)，傳感器的電磁回路又會(huì )再次產(chǎn)生相反的感應電壓。由于磁力線(xiàn)圈磁場(chǎng)的變化總是由一個(gè)穩定狀態(tài)向另一個(gè)穩定狀態(tài)進(jìn)行轉變，再由此狀態(tài)轉變?yōu)樵瓲顟B(tài)，因此，所引起的電極反向感應電壓也具有相似的特質(zhì)，說(shuō)明正交干擾的產(chǎn)生只與磁力線(xiàn)圈的磁場(chǎng)變化有關(guān)，與實(shí)際被測的液體流量無(wú)關(guān)。因此，磁力線(xiàn)圈的勵磁頻率是正交干擾強弱的主要影響因素。

2. 2 同相干擾
在電磁流量傳感器中，部分主磁通會(huì )在流體內部形成正交干擾的閉合渦電流，由于交變電流的產(chǎn)生會(huì )導致出現交變磁場(chǎng)，而引起與之正交相連的二次磁通產(chǎn)生，同時(shí)因二次磁通的影響，又會(huì )引起與二次磁通正交相連的渦電流產(chǎn)生，這就是同向干擾產(chǎn)生的主要原因。下式是由正交干擾公式經(jīng)過(guò)微分得到的同向干擾公式，通過(guò)公示可知，同相干擾與流量信號相位相同，大小與流量無(wú)關(guān)，因此很難將同向干擾產(chǎn)生的信號與流量信號進(jìn)行分離，只能通過(guò)減少磁路系統的勵磁頻率來(lái)降低同向干擾信號的影響。
er = ω2Bm sinωt = (2πf)2Bm sinωt
式中:er
為同相干擾電壓;f 為為勵磁頻率;ω 和t 為常量。
2. 3 串模干擾與共模干擾
串模干擾是在單端信號輸入的同時(shí)，還有多種干擾信號與其疊加在一起成為前置放大器的輸入信號。若干擾信號過(guò)大，容易導致放大器飽和而無(wú)法正常工作。當設備存在漏磁問(wèn)題時(shí)，也會(huì )在周?chē)纬珊軓姷慕蛔兇艌?chǎng)，從而會(huì )引起串模干擾的形成。為了降低串模干擾產(chǎn)生的影響，現階段的流量傳感器通常將“零阻值”的被測流體作為轉換放大器的接地端，而傳感器的兩個(gè)電極作為放大器的輸入端，這就很好的抑制了幅度相等和極性相同的串模干擾。共模干擾主要是由于靜電干擾引起的，一般情況下，共模干擾不會(huì )直接影響測量的結果，但是若轉換放大器的輸入參數存在不對稱(chēng)問(wèn)題時(shí)，共模干擾就會(huì )轉變?yōu)榇８蓴_來(lái)影響最終的測量結果，將電解質(zhì)與金屬材料圈和電極進(jìn)行屏蔽能夠有效地降低共模干擾的影響。
2. 4 直流干擾
在被測液體與電極和接液部件接觸過(guò)程中，電解質(zhì)中的正負離子會(huì )分別作定向運動(dòng)，這會(huì )使被測液體在電極和接液部件之間形成電位差，通常將這種現象稱(chēng)為極化現象。如圖3 所示，理論上來(lái)說(shuō)，兩電極A 和B 對接液部件的電位e1、e2大小相等、方向相反，此時(shí)兩電極的電位差等于零。但是，若兩電極的材質(zhì)或表面狀態(tài)存在差異，此時(shí)A、B 電極之間的電位差就不為零，這就形成了極化電壓，極化電壓與共模狀態(tài)的電壓e3一起疊加在流量信號中，被輸入轉換器的差動(dòng)放大器。當極化電壓過(guò)大，則會(huì )對差動(dòng)放大器的輸入端造成較大影響，導致信號無(wú)法放大或流量信號的輸出波動(dòng)過(guò)大，從而降低了鹽水流量計的測量精度。

3 鹽水流量計的抗干擾方式
由于鹽水流量計測量精度的干擾因素很多，且鹽水流量計的工作條件通常也比較惡劣，鹽水流量計的測量準確程度除受到系統內部產(chǎn)生的信號干擾外，還會(huì )不可避免的受到多種環(huán)境因素的影響，鹽水流量計測量的誤差，會(huì )給生產(chǎn)帶來(lái)重大的經(jīng)濟損失。因此，提升流量計的可靠性與測量精度，減少干擾對測量值的影響程度，是鹽水流量計發(fā)展必須要做的工作。
3. 1 硬件抗干擾技術(shù)
(1)電源端所產(chǎn)生的干擾是電子產(chǎn)品較為常見(jiàn)的精度干擾因素，由于這種干擾無(wú)法完全被去除，只能通過(guò)減小干擾脈沖的幅度來(lái)降低其影響。在實(shí)際工作中常采用在交流進(jìn)線(xiàn)端串接入低通LC 濾波器的方式來(lái)實(shí)現，這種方法在實(shí)際的工作中產(chǎn)生了顯著(zhù)地效果。
(2)傳輸電纜所產(chǎn)生的雜散電磁場(chǎng)會(huì )通過(guò)感應和輻射的方式進(jìn)入信道而產(chǎn)生干擾，利用雙芯屏蔽電纜能夠實(shí)現較長(cháng)線(xiàn)路傳輸的抗干擾功能。對于環(huán)境更為惡劣的情況，為提高抗干擾能力，可采用光電隔離方式將系統控制部分與I /O 口部分分開(kāi)，并采用雙電源供電來(lái)降低干擾產(chǎn)生的精度影響。
(3)除了有針對性的抵抗干擾之外，還可以采取增加硬件的方式提升系統的整體抗干擾能力。例如:選擇和使用抗干擾能力強的單片機;使用硬件看門(mén)狗電路;使用電壓檢測電路;盡可能使用單片機的內部程序存儲器和內部數據存儲器等。
3. 2 軟件抗干擾技術(shù)
(1)通過(guò)在系統程序的關(guān)鍵位置插入部分單字節指令或將單字節指令進(jìn)行重寫(xiě)，從而達到恢復“跑飛”程序的目的，這種方法稱(chēng)之為指令冗余。指令冗余的主要方法包括以下兩點(diǎn):一是在雙字節指令和3 字節指令之后插入兩個(gè)單字節NOP 指令，以保證其后的指令不被拆散。二是對于程序流向起決定作用的指令和某些對系統工作狀態(tài)有重要作用的指令的后面，可重復寫(xiě)上這些指令，以確保這些指令的正確執行。
(2)若“跑飛”程序進(jìn)入非程序區或者表格區時(shí)，指令冗余則無(wú)法起到抗干擾的目的，此時(shí)可采用設置軟件陷阱對“跑飛”程序進(jìn)行攔截，軟件陷阱能將“跑飛”程序引向某一位置，再通過(guò)編制的程序對“跑飛”程序進(jìn)行恢復。
(3)某些程序被干擾后容易陷入死循環(huán)模式，通過(guò)程序監視技術(shù)，能夠及時(shí)發(fā)現運行超時(shí)的程序，并采用相應的方式使程序復位，保證程序的正常運行。
4 結語(yǔ)
總之，在保證鹽水流量計基本使用功能的前提下，通過(guò)對現階段技術(shù)的影響因素進(jìn)行分析，就能夠有針對性地降低干擾對測量結果產(chǎn)生的影響，從而保證鹽水流量計工作過(guò)程的可靠性，避免因測量不準確而導致的經(jīng)濟損失和事故發(fā)生。

上一篇：泥漿流量計廠(chǎng)家在暗渠泵站的應用中如何做到正確的維護和保養

下一篇：除鹽水流量計等流量?jì)x表與管道連接有哪幾種方式