摘要:本文(wen)簡要闡述了幾(jǐ)種 電磁流量計(jì) (EMF)的抗幹擾技術(shù)。同時,讨論了電(diàn)磁流量計三類(lèi)幹擾噪聲産🐇生(sheng)的物理機理和(hé)特征。研究了矩(ju)形波勵磁型智(zhì)能電磁流量計(ji)的硬件和軟件(jian)抗幹擾技術,爲(wei)實現智能電磁(cí)流量計 的高精(jīng)度、高可靠性、高(gao)抗幹擾能力奠(diàn)定了堅實的技(ji)術基礎。
1概述
　　電(dian)磁流量計是基(jī)于導電性流體(ti)在磁場中運動(dong)所☀️産生的✍️感應(ying)電勢來推算流(liú)體流量的測量(liàng)儀表,其基本工(gōng)作原理🤟是電✨磁(ci)感應定律。因此(cǐ)電磁耦合靜電(diàn)感應是電磁流(liu)量計幹擾噪聲(sheng)的首🌐要來源;被(bei)測流體介質特(te)性産生⛹🏻‍♀️的電化(huà)學♻️幹擾噪聲是(shi)電磁流🔞量計幹(gan)擾噪聲的第二(èr)來🍉源;電磁流量(liang)計供電電源✔️的(de)電壓和頻率波(bō)動等電源幹擾(rao)噪聲是電磁流(liú)量計幹擾噪聲(sheng)的第三來源。以(yi)上三類幹擾噪(zao)聲的來源💁、機理(li)、特性不同。對電(diàn)磁流量計的影(yǐng)響方式不同🛀🏻,相(xiang)應采用的抗幹(gan)擾措📧施也不👌同(tong)。本文結合雙頻(pín)矩形波勵磁智(zhì)能電磁流量㊙️計(ji)的研究工作,着(zhe)重就智⚽能電磁(cí)流量計抗幹擾(rao)技術💯加以探讨(tao),提出一些抗幹(gan)擾的對策,以供(gòng)智能儀器研究(jiu)👅設計參考。
2電磁(cí)流量計幹擾噪(zào)聲的物理機理(li)、特性及其對策(ce)
　　爲了對電磁流(liu)量計抗幹擾技(ji)術加以探讨,首(shǒu)先必須對電😘磁(cí)流量計幹擾噪(zao)聲産生的物理(li)機理和特性加(jiā)以分析研究,從(cong)而根🏃🏻‍♂️據各種幹(gan)擾噪聲的特性(xìng)采用相應的抗(kàng)♍幹擾對策,以提(ti)高電磁🌈流量計(ji)抗幹🔆擾的能力(lì)🔆。
2.1工頻幹擾噪聲(sheng)
　　工頻幹擾噪聲(shēng)是由電磁流量(liàng)傳感器勵磁繞(rào)組和☔流體、電極(ji)、放⛱️大器輸入回(hui)路的電磁耦合(hé),其二是電磁流(liu)量計工作現場(chang)的工頻共模幹(gàn)擾,其三是供電(dian)電源引入的工(gong)頻串模幹擾等(deng),其産生的物理(li)機理均是電磁(ci)感應原理。首先(xiān)就電磁流量傳(chuan)感器勵磁繞組(zǔ)和流體、電極、放(fàng)大器輸入回路(lu)的電磁耦合産(chǎn)生的工頻幹🐆擾(rǎo)對電磁流量計(jì)工作影響最大(da),而且在不同的(de)勵磁技術下其(qí)🌈表現的形态、特(te)性不同,因而采(cai)取抗幹擾措施(shī)🏃‍♀️也不同,電磁流(liu)量傳感器原理(lǐ)見圖1(a)。在工頻正(zhèng)弦波勵磁磁場(chǎng)🔴下,此種電磁耦(ǒu)合工頻幹擾噪(zao)聲表現形式爲(wèi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼正交幹擾(見圖(tú)1b),又稱爲變🌂壓器(qì)電勢,其特點是(shì)幹擾✨噪聲幅值(zhí)和工頻正弦波(bō)🔴勵磁🈲頻率成正(zheng)比,相位滞後流(liu)量⁉️信号電勢90°,且(qie)幅值較流量信(xìn)☎️号電勢大幾個(ge)數量級☁️。

　　對于工頻(pín)共模幹擾和工(gōng)頻串模幹擾是(shì)常見的幹擾,主(zhu)要💋是由🐇于電磁(ci)屏蔽缺陷、分布(bù)電容耦合、電磁(cí)🍉流量計接地不(bu)良等㊙️原因産生(sheng),采用輸入保護(hù)技術⛷️、高輸入阻(zǔ)抗、高共模抑制(zhì)比自舉前置放(fàng)大器技術以及(ji)重複接地技術(shu),工頻寬脈沖同(tóng)步采樣技術等(děng)提高抗工頻幹(gan)擾的能力。
2.2流體(ti)介質特性産生(sheng)的電化學幹擾(rǎo)噪聲
(a)電化學極(jí)化電勢幹擾是(shì)由于電極感生(sheng)電動勢在兩極(jí)極🔞性不同而導(dao)緻電解質在電(dian)極表面極化産(chan)♉生。雖然采🐅用正(zheng)負交變勵磁磁(cí)場能顯著減弱(ruo)極化💞電勢的數(shù)量級🙇‍♀️,但不能根(gen)本上👅完全消🧑🏾‍🤝‍🧑🏼除(chu)極化電勢幹擾(rao)。
(b)泥漿幹擾是在(zài)測量泥漿、纖維(wei)漿等液固兩相(xiang)導電性流🈲體流(liu)量時,固體顆粒(li)或者氣泡擦過(guò)電極表面時,電(diàn)極表面的接觸(chu)電化學電勢突(tū)然變化,電磁流(liú)量傳感器輸出(chū)信号出現尖峰(feng)🍓脈沖狀幹擾噪(zao)聲。
(c)流體流動噪(zào)聲是在測量低(di)導率液體(100vs cm以下(xià))流體流量時🌈,電(diàn)極‼️的🤟電化學電(diàn)勢定期波動,産(chan)生随流量增加(jia)而🧡頻率增加🈲的(de)随機幹擾噪聲(shēng),具有類似泥漿(jiāng)幹🚶擾的1 f頻譜特(tè)性,因此提高勵(li)磁頻率有助于(yu)降低流體流動(dong)噪聲的數量級(ji),以提高電磁流(liú)量傳感器測量(liàng)低導電率👅流體(tǐ)流量的信噪比(bǐ)。
2.3供電電源性幹(gan)擾
　　電磁流量計(ji)一般都采用工(gong)頻交流電源供(gòng)電,其電源電壓(ya)的幅值和頻率(lǜ)的變化都會給(gěi)電磁流量計帶(dài)來電源性幹擾(rǎo)噪聲。對電源電(dian)壓的幅值變化(huà),因采用多級集(ji)成穩壓,一✊般而(ér)言電源電💁壓的(de)幅值變化對電(dian)磁流量的測♈量(liàng)精度影響不大(dà)。當電源電壓✂️的(de)頻率波動時,雖(suī)然其波☎️動範圍(wei)有限☔,但對電磁(ci)流量計測量精(jīng)☁️度影響較大。
3智(zhi)能電磁流量計(ji)硬件抗幹擾技(ji)術
　　綜合上述電(diàn)磁流量計幹擾(rǎo)噪聲産生的物(wu)理和特性分析(xi)✏️,智✏️能電磁流量(liàng)計分别采用硬(ying)件和軟件幹擾(rǎo)技術,以✂️提高👣電(dian)磁流量計抗幹(gan)擾能力。
3.1新型勵(lì)磁技術是提高(gāo)電磁流量計抗(kang)幹擾能力的重(zhòng)要手段
　　電磁流(liu)量計勵磁技術(shù)的發展,不僅減(jiǎn)弱電極極化電(dian)勢、泥🥰漿幹擾、流(liu)動噪聲的影響(xiang),又能改變工頻(pin)幹擾的形态🚶,便(biàn)于🔞同步采樣技(jì)術處理工頻幹(gan)擾噪聲,以避免(miǎn)工頻幹擾的影(ying)響。目前電磁流(liú)量傳感器采用(yong)工頻頻率同步(bu)三值低頻矩形(xíng)勵磁和雙頻矩(jǔ)形💔波勵磁,從而(er)提高電磁流量(liàng)計整個抗幹擾(rǎo)能力,提高電磁(cí)流量計📞的測量(liang)精度和㊙️可靠性(xing)。
3.2前置放大器的(de)設計是提高抗(kang)幹擾能力的首(shou)要環節
　　電磁流(liu)量傳感器輸出(chu)流信号十分微(wēi)弱,内阻抗較高(gao),因此高輸入阻(zǔ)抗、低漂移、低噪(zào)聲、高CRMM前置放大(da)器才能滿足抗(kang)同相共模幹擾(rǎo)的要求。前置放(fàng)大器采用JFET高輸(shū)入阻抗電壓緩(huǎn)沖器,低✌️漂移低(dī)噪聲減法器,精(jing)密電阻精心匹(pǐ)配組成儀用放(fang)大器,并采用輸(shū)入🍓保護技術,共(gong)模電壓自舉技(ji)術和接地技術(shu)大大提🤩高抗共(gòng)模幹擾的能力(lì),抑制零點漂移(yi)的影響。


3.3同步采樣的(de)頻率補償技術(shù)
　　同步采樣和工(gong)頻電源頻率監(jian)視補償技術,是(shì)提高🔞抗流🍓量信(xin)📐号電勢中混入(rù)工頻幹擾和工(gong)頻電源頻🔞率波(bo)動産生工頻幹(gàn)擾能力的有效(xiao)方法。同步采樣(yàng)技術,其采樣脈(mo)寬爲工🍉頻周期(qī)的整數倍,使流(liu)量信号電勢中(zhōng)😘工頻幹擾平均(jun1)值等于零,以消(xiao)除工頻幹擾的(de)影響;工頻電源(yuán)的頻率波動補(bǔ)償是保證頻率(lǜ)的動态波動中(zhōng)🈚,勵磁電源和采(cai)樣脈沖得以同(tóng)步調整,真正實(shí)現同步⁉️采樣技(jì)術和同步勵磁(ci)技術,同步A D轉換(huan),以降低工頻幹(gan)擾的影響。
3.4采用(yong)新型HCMOS系列芯片(piàn)技術
　　采用74HC系列(liè)芯片技術較采(cai)用74LS系列芯片其(qi)低噪聲容限提(ti)🚶‍♀️高🔱2.4倍,高燥聲容(rong)限提高2.1倍,智能(neng)電磁流量計整(zheng)個硬👉件采用74HC系(xì)列芯片,不僅降(jiàng)低整個功耗,而(ér)且提高元器🔆件(jian)本身抗幹擾能(néng)力,爲電磁流量(liang)計小型輕量一(yi)體化奠定了基(ji)礎。
3.5微處理器系(xi)統電源電壓監(jian)視技術
　　智能電(dian)磁流量計中微(wei)處理器系統當(dāng)電源瞬态欠🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓(yā),勵磁開關脈沖(chòng)動作都會造成(chéng)微處理器誤動(dong)作,數據🔱丢失⛱️等(deng)現象,因此必須(xū)采用可靠的複(fú)位電路和電源(yuán)電壓監視技術(shu)🈲。最簡單👉實用的(de)方法是采用低(dī)成本電源配合(he)高靈敏度的電(diàn)源電壓監視器(qi),提高微處理器(qì)系統和抗幹擾(rǎo)能力。如圖2所示(shi)微處理🔴器電壓(ya)監視器,其采用(yòng)TL7705CP電源電🐅壓監視(shi)器芯片,具有電(dian)源加電、電源瞬(shùn)時欠壓🌐均能産(chǎn)生可靠的複位(wèi)信号🚩。
4智能電磁(ci)流量計軟件抗(kang)幹擾技術
　　智能(néng)電磁流量計固(gu)化在EPROM中的軟件(jian)配合硬件除完(wán)成🈲智能電磁流(liú)量計的正常功(gōng)能外,必須具備(bèi)較強的抗幹擾(rao)能力👣和容錯能(neng)力,組成完善的(de)應用程序。
4.1數字(zi)濾波技術
　　數字(zì)濾波技術是智(zhì)能儀器中最常(chang)采用的技術,能(neng)夠完成模拟濾(lǜ)波器不能完成(cheng)的功能,很容易(yì)解決脈沖幹擾(rǎo)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼剔除、數字電路(lù)毛刺幹擾消除(chú)、A D轉換器的抗工(gōng)頻💛能力以及輸(shu)入微處理器數(shu)字的可靠性問(wen)題。
4.2程控放大器(qi)技術
　　程控放大(dà)器技術即解決(jué)電磁流量計量(liang)程自動轉💘換問(wèn)題,同時利用增(zēng)益控制方法有(you)效削弱微分幹(gàn)擾峰🈚值使放大(dà)器過載的問題(ti),便于流量信号(hao)電勢💋處理,提高(gao)抗微分幹擾的(de)能力🌏。
4.3微處理器(qì)硬件故障自診(zhen)斷技術
　　微處理(lǐ)器硬件故障自(zì)診斷技術是采(cǎi)用軟件容錯設(she)計💜,極大地提高(gao)硬件系統的可(ke)靠性,從而提高(gāo)整⁉️個智🈲能電磁(cí)流量計的抗幹(gan)擾能力。具體包(bāo)括CPU自診👨‍❤️‍👨斷,定時(shi)器診斷,中斷功(gong)🔞能診斷,RAM診斷,A D通(tōng)🌈道診斷和校正(zhèng),D A通道診斷,數字(zi)I O口通道的診🌍斷(duan)等部分,涉及到(dào)智🙇‍♀️能電磁流量(liang)計的關鍵部件(jiàn)。
4.4微處理器抗幹(gàn)擾技術
　　上述各(ge)種抗幹擾措施(shī)是解決輸入、輸(shu)出通道中的各(gè)種幹擾問🏃🏻題,當(dang)幹擾噪聲沒有(yǒu)作用到微處理(lǐ)器本身時,微處(chù)理器仍然正确(què)無誤地執行各(gè)種抗幹✊擾軟件(jiàn),消除或者削弱(ruo)幹擾噪聲對電(dian)磁流量計輸入(ru)輸出通路的影(ying)響,當幹擾噪聲(sheng)通過三總線等(děng)作☔用到微處理(li)器本身,CPU将不能(neng)按正常狀态執(zhí)行程序🐪,導緻智(zhi)能電磁流量計(jì)整個工作混亂(luan),爲了提高微處(chu)理器自身的抗(kang)幹擾能力采用(yong)硬🤩件和軟件相(xiang)配合的多種抗(kang)幹擾措♉施。多種(zhǒng)複位方式解決(jué)失控的CPU最簡單(dan)的方法,掉電保(bao)護技術,軟件指(zhi)令冗餘措施☀️,軟(ruan)件陷阱抗幹擾(rǎo)方法也是排除(chú)智能電磁流量(liàng)計微處理器失(shī)控的有效方法(fa)。
4.5程序運行監視(shì)系統(WATCHDOG)
　　智能電磁(ci)流量計采用程(cheng)序運行監視系(xi)統以監視🧑🏽‍🤝‍🧑🏻微處(chù)♉理器執行應用(yòng)程序的狀況,當(dang)程序正彈到一(yi)‼️個臨時構成的(de)死循環中時看(kan)門狗能及時發(fa)并強迫系統複(fú)位,擺💋脫死循🌈環(huán)狀态,圖3所示是(shì)由硬件和軟件(jiàn)配合構成的程(cheng)序運行監視器(qì)。
5結束語
　　智能電(diàn)磁流量計多種(zhǒng)抗幹擾技術的(de)采用,使電磁流(liu)量計抗幹擾能(néng)力增強,精度和(hé)可靠性提高,不(bú)僅實現了電磁(cí)流量計小型⭐輕(qing)量一體化智能(neng)化,而且推動了(le)電磁流量計的(de)廣泛應用,開拓(tuò)了電磁流量計(jì)的潛在市場。

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