影響濃硫酸流量計精度的因素有哪三個(gè)方面
濃硫酸流量計中流量信號和干擾信號同時(shí)出現且相互存在，因此在進(jìn)行檢測的過(guò)程中需要將干擾信號排除才能提取到更為準確的流量信號，以進(jìn)行精度更高的濃硫酸流量計算。
經(jīng)過(guò)大量反復的試驗后發(fā)現，濃硫酸流量計在工作過(guò)程中會(huì )受到來(lái)自多方的干擾，影響濃硫酸流量計精度的因素主要有三種:
（1）流動(dòng)電化學(xué)所產(chǎn)生的干擾噪聲；
（2）電磁耦合過(guò)程中所產(chǎn)生的靜電感應；
（3）電源所產(chǎn)生的干擾噪聲。
各種干擾成分充斥在流量信號的邊邊角角，因此傳感器測出的電壓信號中包含了較多的噪聲，此部分噪聲的電壓信號可以表示為下述式：
2.3.1 各種干擾產(chǎn)生機理及對策分析
1.正交干擾
從上圖 2.5 中可以觀(guān)察到兩個(gè)電極、勵磁線(xiàn)圈、轉換器內阻之間形成了一個(gè)閉合回路，將此回路稱(chēng)之為初級繞組，從理論上進(jìn)行分析，磁力線(xiàn) B 應當平行于勵磁線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁感應線(xiàn)，但在實(shí)際的應用過(guò)程中由于工藝差異，因此無(wú)法達到理想狀態(tài)，會(huì )產(chǎn)生磁力線(xiàn)穿過(guò)勵磁線(xiàn)圈磁感應線(xiàn)的情況，此時(shí)將會(huì )產(chǎn)生相應的感應電動(dòng)勢，將此部分感應電動(dòng)勢稱(chēng)為變壓器效應。此效應同樣滿(mǎn)足于楞次定律，利用楞次定律進(jìn)行計算可得如下電動(dòng)勢：
從(2.3)中可以觀(guān)察到正交干擾信號與流量信號相比，之間相差了 90°。電流經(jīng)過(guò)勵磁線(xiàn)圈時(shí)其穩態(tài)會(huì )發(fā)生階段性的改變，電磁感應充斥在濃硫酸流量計工作的所有流程中，因此流經(jīng)勵磁線(xiàn)圈的電流穩態(tài)在轉變時(shí)需要經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(cháng)的過(guò)程。電流磁場(chǎng)穩態(tài)的改變與勵磁電流改變的方向息息相關(guān)，兩電極形成的回路則會(huì )產(chǎn)生相應的感應電壓。隨后當磁場(chǎng)方向再次發(fā)生轉變時(shí)，兩電極所產(chǎn)生的感應電壓方向也會(huì )產(chǎn)生相應的變化，此時(shí)所產(chǎn)生的感應電壓與上一次產(chǎn)生感應電壓的方向相反，兩個(gè)電壓在循環(huán)往復的過(guò)程中進(jìn)行碰撞，因此此時(shí)電極形成回路中所產(chǎn)生的微分干擾電壓視為零。
從式中可以了解到正交干擾電壓與勵磁頻率之間呈現出一定的線(xiàn)性關(guān)系。觀(guān)察二者之間的線(xiàn)性關(guān)系又可以了解到利用低頻勵磁方式能夠幫助減小磁場(chǎng)中的正交干擾。而在磁場(chǎng)中還有磁場(chǎng)本身所產(chǎn)生的渦電流效應也會(huì )導致出現正交干擾。
2.同相干擾
電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以通過(guò)電磁感應進(jìn)行及時(shí)轉換。流體在磁場(chǎng)中流動(dòng)時(shí)將會(huì )不斷切割磁感應線(xiàn)，此時(shí)便會(huì )形成閉合的正交干擾渦電流，除此之外還會(huì )形成二次磁通，此時(shí)二次磁通在流體內部又會(huì )形成另一個(gè)閉合的正交干擾渦電流。將此種情況稱(chēng)為同相干擾電壓Te 。
由式(2.4)了解到將正交干擾進(jìn)行再次微分即可得到同相干擾 ，式中同相干擾與流量信號的相位相同，且與勵磁頻率的平方形成正比，此時(shí)無(wú)法將其從流量信號中進(jìn)行分離，只能是利用低頻勵磁的方式將產(chǎn)生的同相干擾降低。為了能更好的降低電磁工作過(guò)程中所產(chǎn)生的干擾，需要將傳感器的電極、勵磁線(xiàn)圈的形狀、性能參數等等都進(jìn)行平衡，屏蔽互相所產(chǎn)生的干擾信號。
3.串模干擾
上世紀六十年代之前，濃硫酸流量計中的傳感器通常使用單端信號的傳輸方式，采用兩個(gè)測量電極進(jìn)行信號的傳輸，從一個(gè)電極傳輸到另一個(gè)電極，此種傳輸方式在進(jìn)行信號傳輸的過(guò)程中會(huì )將多種干擾信號進(jìn)行疊加后傳輸，此時(shí)會(huì )出現兩種情況，一種是多種信號進(jìn)行疊加導致前置放大器的工作進(jìn)行飽和狀態(tài)而無(wú)法正常過(guò)程，另一種情況是在進(jìn)行信號提取的過(guò)程中需要更多的時(shí)間進(jìn)行干擾排除。
當代濃硫酸流量計中傳感器更換了信號傳輸方式，利用差動(dòng)方式進(jìn)行信號傳輸，將被測流體作為一個(gè)信號傳輸端，而將兩個(gè)電極作為另一個(gè)信號傳輸端，此種傳輸方式能夠有效的抑制電磁回路中所產(chǎn)生的串模干擾情況。
所謂的串模干擾主要是由于電磁流量傳感器周?chē)拇艌?chǎng)設備所引起，當傳感器在工作的過(guò)程中，周?chē)坏┐嬖谳^大的磁場(chǎng)設備便會(huì )出現漏磁現象，由于另一個(gè)磁感應線(xiàn)的運動(dòng)，第二個(gè)磁場(chǎng)應運而生，而此磁場(chǎng)與傳感器回路中的磁感應線(xiàn)相互切割會(huì )產(chǎn)生相應的電流，從而形成感應電動(dòng)勢，此過(guò)程被稱(chēng)為串模干擾。造成串模干擾的另一個(gè)原因是印刷電路板的兼容性不夠大，此時(shí)會(huì )造成信號質(zhì)量的下降。解除串模干擾的方式多種多樣，其中可以在前置放大器前再放置一個(gè)低通濾波器進(jìn)行高頻電勢的抑制。也可以對濃硫酸流量計進(jìn)行靜電屏蔽來(lái)降低串模干擾。 在轉換器的雙端通過(guò)電流時(shí)也會(huì )形成一個(gè)完整的閉合回路，此時(shí)亦會(huì )產(chǎn)生串模干擾。
通常而言，回路中所產(chǎn)生的串模干擾和供電的電源頻率保持一致，根據此現象，可以利用將采樣時(shí)間設置為供電電源周期的整數倍，以保證串模干擾的平均值為零，對串模干擾起到良好的抑制作用。
4.共模干擾
所謂的共模干擾主要是由于轉換器前端的放大器上同時(shí)出現同樣的干擾所造成。共模干擾在正常情況下對測量結果不會(huì )造成明顯的影響，但若是出現轉換器前端放大器中的參數不對等情況時(shí)，則會(huì )由共模干擾轉變成為串模干擾，此時(shí)將會(huì )對測量結果造成較大的影響。
引起共模干擾最主要的原因是靜電干擾，因此可以通過(guò)屏蔽靜電干擾的方式來(lái)有效的降低共模干擾對電磁傳感器造成的影響。
5.直流干擾
直流干擾主要來(lái)源于濃硫酸流量計工作時(shí)出現的電化學(xué)噪聲。當電解質(zhì)和接液部件一旦接觸，電解質(zhì)中的正負離子將會(huì )即刻出現定向運動(dòng)，即使沒(méi)有通電，電解質(zhì)中的正負離子會(huì )產(chǎn)生一個(gè)定向運動(dòng)，此時(shí)在電解液中會(huì )形成一個(gè)明顯的電位差，出現的此種現象被稱(chēng)為極化現象?？蓮膱D 2.6 中進(jìn)行觀(guān)察，兩個(gè)電極若是產(chǎn)生了大小相等，方向相反的電位e1=e 2時(shí)，兩個(gè)電極之間的電位差可視為零；當兩個(gè)電極之間的電位呈現出e1 ≠e2 的關(guān)系時(shí)則表示兩個(gè)電位之間存在一個(gè)明顯的電位差，產(chǎn)生的電位差之間則會(huì )出現相應的電流從而形成極化電壓。此電壓與共模電壓3e 將會(huì )共同被轉換器前的放大器攝取，此時(shí)極有可能會(huì )出現放大器無(wú)法工作的情況，此種情況主要是由于極化電壓過(guò)大所導致，當極化電壓較大時(shí)將會(huì )把放大器的輸入端堵塞，此時(shí)放大器無(wú)法正常工作。為了能有效的避免發(fā)生此種情況需要控制降低在電磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的極化電壓。
流動(dòng)噪聲主要出現在低電導率流體的檢測中，由輸出端輸出的直流極化電壓時(shí)常出現左右擺動(dòng)的現象，而此種擺動(dòng)的電壓被稱(chēng)為流動(dòng)噪聲。上式（2.5）中可以觀(guān)察了解到流體電導率和流動(dòng)噪聲呈現出負相關(guān)關(guān)系，由此可以了解到在進(jìn)行低電導率的計算中需要重點(diǎn)考慮位移電流。
極化現象還有外電場(chǎng)頻率變化所導致，此種情況主要是由于當電場(chǎng)頻率變化時(shí)，轉向極化未能完全同步所導致。
2.3.2 勵磁技術(shù)對精度的影響
勵磁電流的工作過(guò)程中將會(huì )產(chǎn)生對應的磁場(chǎng)，此時(shí)便會(huì )產(chǎn)生相應的感應電動(dòng)勢，為了能更好的對濃硫酸流量計進(jìn)行計算，需要選擇更合適的勵磁方式。
勵磁技術(shù)經(jīng)過(guò)了一個(gè)漫長(cháng)的歷程，其中如直流勵磁、低頻矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁等。
1.直流勵磁
直流勵磁的產(chǎn)生主要來(lái)源于直流電流勵磁產(chǎn)生的穩定磁場(chǎng)和永磁體產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)。下圖 2.7 中展示了直流勵磁波的波形圖，從圖中可以直接觀(guān)察到此種勵磁方式較為穩定，受到的干擾較小。
在現實(shí)的工作過(guò)程中直流勵磁方式中包含了較多的干擾信號，較為常見(jiàn)的有三種形式。第一種是由于直流信號促使測量管內流體極化，從而疊加干擾的極化電壓信號。第二種是極化電壓容易受到溫度的影響導致其跟隨變化。第三種是需要利用到更大的直流放大器，此放大器進(jìn)行信號放大的過(guò)程將會(huì )更加困難。
2.交流勵磁
交流勵磁主要是在交流電流中所產(chǎn)生的勵磁方式，通常會(huì )在 60Hz 正弦波電流作用下產(chǎn)生。上圖 2.8 中展示了交流勵磁的波形圖，此種勵磁方式最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效的降低電流對電極所帶來(lái)的計劃作用。除此之外還能利用交流勵磁感應更大的電動(dòng)勢，能夠有效提高磁感應強度。還有就是能夠將信號直接放大，不需要再設置前端放大器。
由于交流勵磁的種種優(yōu)勢促使其在上世紀二十年代到五十年代風(fēng)靡世界，但在交流勵磁的工作方式中也出現了較多明顯的缺點(diǎn)，其中如交流勵磁會(huì )產(chǎn)生明顯的正交和同相干擾、產(chǎn)生磁滯損失和渦流損失等等。
在針對漿液和脈動(dòng)流的檢測中，使用交流勵磁仍能起到更可快速、便捷的檢測方式。
3.低頻矩形波勵磁
低頻矩形波勵磁方式能夠彌補交流勵磁所帶來(lái)的缺陷，因此從上世紀七十年起成為新的測量方式風(fēng)靡全球。
低頻矩形波立此方式能夠有效減弱電磁感應產(chǎn)生的干擾，同時(shí)也不容易出現極化現象。上圖 2.9 中展示了低頻矩形波的波形圖，從圖中可以直觀(guān)的觀(guān)察到dΦ/ dt 發(fā)生極有規律，能夠保證在一定的轉換時(shí)間內使得流量信號達到平穩狀態(tài)，同時(shí)圖中的波形穩定時(shí)間較長(cháng)，因此保證能夠具有穩定的信號采樣過(guò)程。
值得重視的是若是使用其進(jìn)行漿液性流體測量時(shí)，流體會(huì )產(chǎn)生一定的噪聲，從而形成新的干擾，對于檢測結果會(huì )造成一定的影響。
總結
本內容針對國內外研究濃硫酸流量計的歷程進(jìn)行了回顧，簡(jiǎn)單介紹了濃硫酸流量計工作的基本原理，分析了其基本結構，包括傳感器和轉化器，然后重點(diǎn)研究了影響濃硫酸流量計精度的因素，并分析了各種干擾因素的產(chǎn)生機理及其對策，其中包括正交、串模干擾等；除此之外還分析了不同勵磁技術(shù)對濃硫酸流量計檢測精度的影響，重點(diǎn)介紹了直流、交流、低頻矩形波三種勵磁技術(shù)；最后，基于這些影響濃硫酸流量計精度的因素，針對性提出了抗干擾措施，其中，硬件方面包括電源設計、傳輸線(xiàn)路、隔離技術(shù)、接地技術(shù)、電路設計以及 PCB 印刷技術(shù)中的抗干擾措施；軟件方面包括數字濾波、CPU 抗干擾、程序監控系統、故障自診斷技術(shù)等。