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電磁流量計

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電磁流量計在造紙廠紙料配漿流量計量中的抗干擾分析與解決措施

來源╃│▩•▩:作者╃│▩•▩:發表時間╃│▩•▩:2022-03-22 15:49:06

 干擾源發出的干擾訊號經過耦合通道到達電 磁 流 量計╃☁,對其控制造成不利的影響₪│。針對干擾的三個環節╃☁,即干擾源₪│·、干擾傳播途徑及受干擾裝置╃☁,電磁流量計有以下抗干擾措施₪│。 

 
(1)抑制干擾源產生的電磁干擾₪│。①遮蔽╃│▩•▩:在電磁流量計和干擾體之間採用遮蔽隔離╃☁,以控制電場₪│·、磁場和電磁波對電磁流量計的感應和輻射₪│。②濾波╃│▩•▩:對電磁流量計 的測量訊號採用濾波器進行濾波╃☁,濾除干擾雜波訊號╃☁,保 留有用訊號₪│。③接地╃│▩•▩:用金導體或導線把電磁流量計轉換測量電路的公共參考點與大地連線₪│。④佈線╃│▩•▩:避免訊號線與動力電纜靠近平行敷設╃☁,以減少電磁干擾₪│。
(2)分析現場干擾源╃☁,切斷干擾的傳播途徑₪│。 
(3)選擇抗電磁干擾能力強的電磁流量計[5]₪│。
 
 
一₪│·、電磁流量計微分干擾和工頻干擾的消除
訊號中往往同時存在微分干擾和工頻干擾訊號╃☁,在訊號處理電路中的低通濾波往往很難將工頻干擾完全濾出₪│。採用同步取樣和工頻補償技術╃☁,以抑制流量訊號電勢中混入工頻干擾和工頻電源頻率波動產生工頻干擾╃☁,並有效除微分干擾₪│。同步取樣技術╃☁,取樣開始時間滯後激磁訊號1/4個週期╃☁,其採用脈寬為工頻週期的偶數倍╃☁,消除微分干擾的同時使流量訊號電勢中工頻干擾平均值等於零╃☁,以消除工頻干擾的影響;工頻電源的頻率波動補償是保證頻率的動態波動中╃☁,激磁電源和取樣脈衝得以同步調整╃☁,真正實現同步取樣技術和同步激磁技術╃☁,同步A/D轉換╃☁,降低了微分干擾和工頻干擾的影響₪│。
 
二₪│·、電磁流量計零點漂移消除
所謂零點漂移╃☁,就是當感測器的輸入訊號為零時╃☁,放大器的輸出並不是零₪│。零點漂移的訊號會在各級放大的電路間傳遞╃☁,經過多級放大後╃☁,在輸出端成為較大的訊號╃☁,由於感測器輸出的有用訊號較弱╃☁,零點漂移就可能將有用訊號淹沒╃☁,使電路無法正常工作₪│。因此為了抑制零點漂移╃☁,採用三運放的差動電路輸入╃☁,實現對大內阻的微弱訊號採集╃☁,以抑制共模訊號的引入₪│。一級放大電路之後採用隔直電容╃☁,濾除基線零點漂移╃☁,防止直流訊號過大╃☁,超出A/D轉換的輸入範圍₪│。
 
三₪│·、電磁流量計其他去除干擾的措施
對於由電磁流量計感測器的“變壓器效應”所產生的正交干擾╃☁,採用“變送器調零法”來消除₪│。軟體設計方面╃☁,採用數字濾波技術與掉電保護技術╃☁,軟體指令冗餘措施╃☁,可有效提高輸入微處理器數字的可靠性₪│。
 
1.2 電磁流量計的干擾源分析
        轉換器的流量訊號由感測器所提供 ╃☁,是一種電壓訊號 ╃☁,即電極間的電位差₪│。在測量實踐中 ╃☁,受靜電感應₪│·、電磁感應₪│·、電化學電勢等因素的影響 ╃☁,致使電極上的電壓不僅與流速成比例形成電動勢 ╃☁,而且還包含多種干擾成分 ╃☁,主要來源於以下方面 ╃│▩•▩:
        1)在電磁流量計的工作現場擁有大量工頻訊號 ╃☁,導致耦合在激磁迴路₪│·、前端放大器₪│·、電極的工頻干擾噪聲嚴重影響電磁流量計測量的準確性₪│。
        2)電磁流量計在低頻矩形波激磁的作用下會產生干擾 ╃☁,這主要是由於激磁電流突變而導致微分干擾訊號的產生₪│。與此同時 ╃☁,干擾訊號會隨著電流的穩定而逐步消失₪│。
        3)電磁流量感測器上的變壓器效應也會產生相位上與流量訊號形成 90°的正交干擾訊號₪│。
        4)部分電磁屏自身存在接地與遮蔽不良₪│·、電容雜散等弊端 ╃☁,極易導致返回電流不平衡 ╃☁,進而引發共模干擾 ╃☁,甚至造成某些電路電位變化 ╃☁,這是致使電磁流量計零點漂移的重要因素之一₪│。在此情況下 ╃☁,產生的高輻射電場會不斷惡化電磁相容性₪│。
        5)電路板設計在未充分考慮電磁相容性的情況下會造成串模干擾 ╃☁,進而導致訊號質量下降 ╃☁,尤其對於類比電路和高速走線而言 ╃☁,會造成嚴重的不良影響₪│。
        6)在感應電場作用下 ╃☁,被測液體中電解質會在電極表面產生極化現象 ╃☁,形成電化學極化電動勢干擾 ╃☁,進而造成電磁流量計零點漂移₪│。
 
2 電磁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訊號之間的差為90°的干擾₪│。當電磁力量計的變送器以交流勵磁方式執行時 ╃☁,會形成一個交變的磁場 ╃☁,而閉合電路則處於該磁場當中 ╃☁,由於該閉合電路無法與電磁流量計的變送器交變磁場產生出來的磁力線處於平行狀態 ╃☁,致使會有一部分交變磁力線從該閉合線路當中穿過 ╃☁,這樣一來便會在迴路當中形成一個干擾電動勢₪│。想要有效抑制或消除正交干擾對電磁流量計的影響 ╃☁,可從變送器和訊號轉換器這兩個部分分別採取措施 ╃☁,具體內容如下 ╃│▩•▩:
        1)從變送器上採取抗干擾措施₪│。應當儘可能使閉合迴路的平面與交變磁力線保持平行 ╃☁,這樣便可以防止磁力線從閉合迴路當中穿過的情況發生 ╃☁,同時可設定干擾調整機構 ╃☁,藉此來減少干擾訊號₪│。此外 ╃☁,還可以在變送器上設定調零電位器 ╃☁,透過該電位器能夠使兩個迴路當中產生出來的電流的電勢互相抵消 ╃☁,從而達到消除正交干擾訊號的目的₪│。
        2)從訊號轉換器上採取抗干擾措施₪│。可在轉換器當中設定抗干擾機構 ╃☁,藉此來消除變送器中殘餘的正交干擾訊號 ╃☁,具體做法是在主放大器輸出端設定補償和抑制正交干擾的機構₪│。
 
2.2 軟體抗干擾技術
        在 EPROM 中 ╃☁,電磁流量計固化的軟體與硬體相配合不僅要確保電磁流量計正常功能的實現 ╃☁,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式₪│。
        1)數字濾波技術₪│。該技術是智慧儀器中使用**為廣泛的技術 ╃☁,擁有模擬濾波器所不具備的功能 ╃☁,主要包括消除脈衝干擾₪│·、A/D 轉換器的抗工頻能力₪│·、消除數位電路毛刺干擾₪│·、保障輸入微處理器數字的可靠性等₪│。
        2)程控放大器技術₪│。該技術能夠解決電磁流量計量程自動轉換問題 ╃☁,透過增益控制以達到削弱微分干擾峰值導致放大器過載的目的 ╃☁,有利於處理流量訊號電勢 ╃☁,增強抗微分干擾能力₪│。
 
2.3 同步取樣抗干擾技術
        在訊號連續的狀態下 ╃☁,可採用同步取樣技術實施取樣₪│。但必須注意的是 ╃☁,選取的取樣區域₪│·、對稱度₪│·、寬度₪│·、起始點在小流量的影響下 ╃☁,會導致電磁流量計難以達到測量精度₪│。為此 ╃☁,取樣頻率應當選取工頻週期的整數倍 ╃☁,如此做法可以確保在混有干擾訊號的取樣時間為工頻週期的情況下 ╃☁,免於電壓的干擾₪│。
 
2.4 接地抗干擾措施
        通常情況下 ╃☁,受變送器輸出訊號較小的影響會導致電磁流量計的抗干擾能力降低 ╃☁,所以應當將變動器輸入電路的零電位進行單獨接地處理 ╃☁,不僅可以起到遮蔽的作用 ╃☁,還能夠有效減少激磁系統本身電磁場干擾的影響₪│。此外 ╃☁,電磁流量計接地必須選擇遠離大型用電器的地點 ╃☁,以達到防止電流串入的目的₪│。
 
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