摘要:電磁(cí)流量計在我(wo)國工業、制造(zào)業及其他行(hang)業的應用十(shi)分🎯廣泛，在液(yè)體流量測量(liang)方面起到了(le)不可替代的(de)重要作用。由(you)于流量計測(ce)量的正确程(chéng)度直接影🙇♀️響(xiang)到了生産質(zhì)♌量，測量誤差(chà)可能會對生(sheng)産過程造成(chéng)巨大的經🏃🏻濟(jì)損失，因此，通(tong)過研究電磁(cí)流🔞量計精度(dù)的影響因素(sù)，分✨析提升測(ce)量🔞精度的方(fang)法💁和測量過(guo)程中的抗幹(gan)擾能力具有(you)十分重要的(de)意義。
随着我(wo)國科學技術(shu)和經濟的不(bu)斷發展與進(jin)步，電磁流量(liang)計在我國的(de)工業、技術檢(jian)測和管理等(deng)很多領域得(dé)到了廣泛的(de)✨使用，電磁流(liú)量計具有良(liáng)好的耐腐蝕(shi)♈性，并具備可(kě)靠🎯性高、适應(ying)性強的特點(dian)。近年來，各個(ge)領域在不斷(duan)探索新技術(shu)的同時，對電(diàn)磁流量計的(de)正确程度和(he)穩定⭕性也提(tí)出了更高的(de)要求。能夠影(ying)響電磁流量(liang)計精度的因(yīn)素有很多，但(dàn)隻要明确了(le)主要的幹擾(rǎo)因素，就能夠(gòu)有✍️針對性地(dì)利用軟硬件(jian)技術來降低(di)幹擾因素對(dui)測量精度的(de)影響，有效提(tí)升電磁流量(liàng)計❌工作的可(kě)靠性。
1基本原(yuán)理介紹
電磁(ci)流量計是以(yi)法拉第電磁(ci)感應定律爲(wei)理論基👌礎而(ér)制造的🈲一種(zhong)流量計。電磁(cí)流量計在工(gong)作時由磁路(lù)系統産生直(zhi)流🔞或交流磁(ci)場，用以提供(gòng)測量所需的(de)磁場環境🔴，當(dang)被測液體在(zai)導管中通過(guo)磁場區域時(shí)，會做切割磁(ci)力線運動，此(cǐ)時就可以通(tōng)過電極傳感(gan)器将導管内(nei)的流量🤞轉換(huàn)成爲感應電(diàn)勢信号💃🏻，并将(jiang)信号傳遞給(gěi)轉換器。轉換(huàn)器将獲取的(de)各🐪種不同的(de)流量🔴信号進(jìn)👉行分析、對比(bi)和放大，最終(zhōng)轉換成爲标(biao)準的信号輸(shū)出給積算儀(yí)，積算儀通過(guò)對信号的處(chu)理，将測得的(de)流量在儀表(biǎo)上顯示，并對(dui)測量結果進(jìn)行一定的記(ji)錄，其基礎工(gōng)作流程如圖(tú)1所示。
2電磁流(liu)量計精度影(yǐng)響因素分析(xi)
電磁流量計(ji)的幹擾信号(hao)有很多，這些(xiē)幹擾信号會(hui)和實際的流(liú)量信号相混(hùn)合，産生一種(zhong)十分複雜的(de)數據處理情(qing)況。因此，要提(ti)高電磁流量(liàng)計對液體的(de)測量精度，就(jiu)必須對這些(xiē)幹擾🌐信号産(chan)生的原因進(jìn)行分析與總(zǒng)結，以便有針(zhen)對性地采取(qu)抗幹擾措施(shi)，電磁流量計(jì)的常見影響(xiang)因素如下。
2.1正(zhèng)交幹擾
電磁(ci)流量計的磁(cí)路系統包含(han)有兩個勵磁(ci)線圈，而導管(guǎn)内的液體與(yǔ)傳感器電極(ji)及轉換器結(jie)構組成了一(yī)個閉合的回(huí)路，如圖2所示(shì)。理論情況下(xià)，磁力線(圖中(zhong)B)應與閉合回(hui)路相平行，但(dàn)是由于裝配(pèi)過程中👉的誤(wu)差，導緻磁力(lì)線🚶不可能完(wan)全平行于這(zhe)一閉合🥵回路(lu)，出現部分磁(ci)力線成🔱一定(dìng)角度穿💃🏻過回(hui)路的現象，這(zhè)引起了即使(shi)沒有液體流(liú)動的情況下(xià)，傳感器📱的電(dian)極上也會産(chǎn)生感應電動(dòng)勢，就✌️形成了(le)正交幹擾的(de)基本形式。
當(dāng)磁力線圈中(zhōng)的電流發生(shēng)變化時，由于(yú)傳感器電極(jí)🈲的作用，在磁(cí)場發生轉變(biàn)的過程中，兩(liang)個電極所形(xing)成🐇的閉合回(huí)路會♋産生相(xiàng)反的感應電(dian)壓，當磁場再(zai)次發生變化(hua)時，傳感器的(de)電🌈磁回路又(you)會再次産生(sheng)相反的感應(yīng)電壓。由于磁(ci)力🌈線圈磁場(chǎng)的變化總🌏是(shì)由一個穩💯定(dìng)狀态向另一(yi)個穩定狀态(tai)進行轉變✊，再(zai)由此狀态轉(zhuǎn)變爲原狀态(tai)，因此，所引起(qǐ)的電📱極反向(xiàng)感應電壓也(yě)具✏️有相似的(de)特質，說明正(zheng)交幹擾的🐇産(chan)生隻與磁力(li)線圈🌍的磁場(chang)變化有關❗，與(yǔ)實際被測的(de)液體流量無(wú)關。因此👅，磁力(li)線圈的勵磁(cí)頻率是正☂️交(jiao)幹擾強弱的(de)主要影響因(yin)素。
2.2同相幹擾(rǎo)
在電磁流量(liang)傳感器中，部(bu)分主磁通會(huì)在流體内部(bu)形成🥰正交幹(gàn)擾的閉合渦(wo)電流，由于交(jiāo)變電流的産(chan)生會導緻出(chū)現交變磁場(chǎng)，而引起與之(zhī)正交相連的(de)二次磁通産(chǎn)生㊙️，同時因二(er)次磁通的影(ying)☁️響，又會引起(qi)與二次磁通(tōng)正交相連的(de)渦電流産生(shēng)，這就是同向(xiàng)幹擾産生的(de)🔞主要原因。
下(xia)式是由正交(jiāo)幹擾公式經(jīng)過微分得到(dào)的同向幹擾(rǎo)公式，通過公(gōng)示可知，同相(xiàng)幹擾與流量(liàng)信号相位相(xiàng)同，大小與流(liu)量無關，因此(cǐ)很難将同向(xiang)幹擾産生👉的(de)信号與流量(liang)信号進行分(fen)離，隻能通過(guo)減少磁路🤟系(xi)統的勵磁頻(pin)率來降低同(tong)向幹擾信号(hao)的影響。
er=ω2Bmsinωt=(2πf)2Bmsinωt
式中(zhōng):er爲同相幹擾(rǎo)電壓;f爲爲勵(lì)磁頻率;ω和t爲(wei)常量
2.3串模幹(gàn)擾與共模幹(gan)擾
串模幹擾(rao)是在單端信(xin)号輸入的同(tong)時，還有多種(zhong)幹擾信号與(yǔ)其疊加在一(yī)起成爲前置(zhi)放大器的輸(shu)入信号。若幹(gàn)擾信⭕号過♌大(dà)，容🏒易導緻放(fàng)大器飽和而(ér)無法正常工(gong)作。當🚶♀️設備存(cun)在漏磁問題(tí)時，也會在周(zhōu)圍形成很強(qiang)💰的交變磁場(chang)，從而會引起(qi)串模幹擾的(de)形成。爲了降(jiàng)低串模幹擾(rǎo)産生的影響(xiǎng)，現階段的流(liu)量🍉傳感器通(tong)常将“零阻值(zhí)”的被測流體(tǐ)作爲轉換放(fang)大器的接地(di)🍓端，而傳感器(qì)的兩個電極(jí)作爲放大器(qi)的輸✌️入端，這(zhè)就很好的抑(yi)制了幅度相(xiang)等和極性相(xiàng)同的串模幹(gàn)擾。共模幹擾(rǎo)主要是由于(yu)靜電幹擾引(yǐn)起㊙️的，一般情(qíng)況下，共模幹(gan)擾不會直接(jie)影響測量的(de)結🆚果，但是若(ruò)轉換放大器(qì)的輸入參數(shu)存在不對稱(chēng)問😘題時，共模(mó)幹擾就會轉(zhuan)變爲串模幹(gàn)擾來影響最(zuì)終⛱️的測量結(jié)果，将電解質(zhi)與金屬材料(liao)圈和電極進(jin)行屏蔽能夠(gou)有效地降低(di)共模幹擾的(de)影響。
2.4直流幹(gan)擾
在被測液(yè)體與電極和(he)接液部件接(jie)觸過程中，電(dian)解質中的正(zhèng)負離子會分(fèn)别作定向運(yun)動，這會使被(bei)測液體在電(diàn)極和接液部(bu)件之間形成(cheng)電位差，通常(chang)将這種現象(xiàng)稱爲極化現(xian)象。如圖🐪3所示(shi)，理論上來說(shuō)，兩💃電極A和B對(dui)接液部件的(de)電位e1、e2大小相(xiàng)等、方向相反(fan)，此時兩電極(ji)的電位差等(deng)于零。但是，若(ruò)兩電極的材(cai)質或表面狀(zhuang)态存在差異(yi)，此時A、B電🔅極之(zhi)間的電位差(chà)就不爲零，這(zhè)就形成了極(jí)化電壓，極化(hua)電壓與共模(mo)狀态的電壓(yā)e3一起疊加在(zai)流量信号中(zhong)，被輸♻️入轉換(huan)器💰的差動放(fang)大器。當極化(huà)電壓過大，則(zé)會對差動放(fang)大☂️器的輸入(rù)端造成較大(da)影響，導緻信(xin)号無法放大(da)或流量信号(hào)的輸出波動(dòng)過大，從而降(jiàng)低了電磁流(liu)量計的測量(liàng)精度。
3電(dian)磁流量計的(de)抗幹擾方式(shi)
由于電磁流(liu)量計測量精(jing)度的幹擾因(yīn)素很多，且電(diàn)磁流⭕量計的(de)工作條件通(tong)常也比較惡(è)劣，電磁流量(liang)計的測量準(zhǔn)确程度除受(shòu)🏃到系統内部(bù)産生的信号(hào)幹擾外，還會(huì)不可避免的(de)受到多種環(huán)境因素的影(ying)響，電磁流量(liàng)計測量💞的誤(wu)差，會🎯給生産(chan)帶🐆來重大的(de)🔴經濟損失。因(yin)🏒此，提升流量(liàng)計的可靠性(xing)與測量精度(du)，減少幹擾對(duì)測量值的影(ying)響程度，是電(diàn)磁流量計發(fā)展必須要做(zuò)的工作。
3.1硬件(jiàn)抗幹擾技術(shù)
(1)電源端所産(chǎn)生的幹擾是(shì)電子産品較(jiào)爲常見的精(jing)度幹擾因素(su)，由于這種幹(gan)擾無法完全(quan)被去除，隻能(neng)通過減小幹(gan)擾🌍脈沖的幅(fu)度來降低其(qí)影響。在實際(ji)工作中常采(cǎi)用在交流進(jìn)線端串接入(ru)♊低通LC濾波器(qì)的方式來實(shi)現，這種方法(fǎ)在實際的工(gong)作📱中産生了(le)顯著地效果(guo)。
(2)傳輸電纜所(suǒ)産生的雜散(san)電磁場會通(tōng)過感應和輻(fú)射的方式進(jìn)入信道而産(chǎn)生幹擾，利用(yòng)雙芯屏蔽電(dian)纜能夠實現(xiàn)較長線路傳(chuan)輸的抗幹擾(rǎo)功能。對于環(huan)境更爲惡劣(lie)的情況，爲⭕提(ti)高抗幹擾能(néng)力，可采用光(guang)電隔離方式(shi)将系統控制(zhi)部分⛷️與I/O口部(bu)分分開，并采(cai)🎯用雙電源供(gòng)電來降低幹(gan)擾産生的精(jing)度影響。
(3)除了(le)有針對性的(de)抵抗幹擾之(zhi)外，還可以采(cai)取增加硬件(jiàn)的方🐆式提升(shēng)系統的整體(tǐ)抗幹擾能力(li)。例如:選擇和(he)使用抗幹擾(rǎo)能力強的單(dān)片機;使用硬(yìng)件看門🐉狗電(dian)路;使用電壓(yā)檢測電路;盡(jìn)可能使用單(dān)片機的内部(bù)程序🌐存儲器(qì)和内部數據(jù)存儲器等🌈。
3.2軟(ruǎn)件抗幹擾技(jì)術
(1)通過在系(xì)統程序的關(guān)鍵位置插入(ru)部分單字節(jiē)指💯令或将單(dān)字節指令進(jin)行重寫，從而(ér)達到恢複“跑(pǎo)飛”程序的目(mù)的，這種方法(fǎ)稱之爲指令(lìng)冗餘。指令冗(rǒng)餘🔱的主要方(fang)法包❌括以下(xià)💃兩點:一是在(zai)雙字節指令(ling)和⛹🏻♀️3字節指令(ling)之後插入兩(liang)個單字節NOP指(zhǐ)令，以保證其(qí)後的指令不(bú)被拆散。二是(shi)對于程序流(liú)向起決定作(zuò)用的指令和(he)某🎯些對系統(tǒng)工作狀态有(yǒu)重要作用的(de)指令的後面(mian)，可重複寫上(shàng)這些指令，以(yi)确保這些指(zhi)令的正确執(zhi)行。
(2)若“跑飛”程(cheng)序進入非程(chéng)序區或者表(biao)格區時，指令(ling)冗餘則無❄️法(fa)🌂起🧑🏽🤝🧑🏻到抗幹擾(rao)的目的，此時(shí)可采用設置(zhi)軟件陷阱對(duì)⭐“跑飛”程序進(jin)行㊙️攔截，軟件(jian)陷阱能将“跑(pǎo)飛”程序引向(xiàng)某一位置，再(zai)🔞通過編制的(de)程序對“跑飛(fēi)”程序進行恢(hui)💘複。
(3)某些程序(xu)被幹擾後容(róng)易陷入死循(xun)環模式，通過(guo)程序監🐆視技(jì)術，能夠及時(shi)發現運行超(chāo)時的程序，并(bìng)采♊用相應的(de)方式使程序(xù)複位，保證程(cheng)序的正常運(yun)行。
4結語
總之(zhī)，在保證電磁(cí)流量計基本(běn)使用功能的(de)前提下❗，通過(guò)對現階段技(jì)術的影響因(yin)素進行分析(xī)，就能夠有針(zhēn)對性地降低(dī)幹擾對測量(liàng)結果産生的(de)影響，從🤟而保(bao)證電磁流量(liang)計工作過程(cheng)的可靠性，避(bi)免因測量不(bú)準确而導緻(zhì)的經濟損失(shī)和事故發生(shēng)。
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