電磁(ci)流量計工作原理(lǐ) 基于法拉第電磁(ci)感應定律,通過測(ce)量導電流體在磁(cí)🈲場中的感應電動(dong)勢來推算流體流(liu)量。勵磁磁場、感應(yīng)電動勢采集電極(jí)、信号運算放大電(diàn)路以及模👨‍❤️‍👨數轉換(huan)器都容易受到🌂工(gōng)作現場的電場和(hé)磁場輻射耦合,因(yīn)此電磁耦合是流(liu)量測量中最主要(yào)的幹擾方式; 其次(cì)被測液體的電化(huà)學反應和泥漿幹(gàn)擾🚩是流量測量的(de)另一噪聲來源👌。
1. 1 微(wei)分幹擾産生機理(li)及對策 電磁流量(liang)計中噪聲的産生(sheng)機💃理🐉及對策
    在現(xiàn)行的 電磁流量計(ji) 設計中,低頻矩形(xíng)波勵磁方式結合(hé)了直流勵磁和交(jiāo)🍉流勵磁🈲兩者的優(yōu)點, 成爲主要勵磁(cí)方式之一。在🔆低頻(pin)勵磁🌈方式下, 其幹(gan)擾主要表現爲: 由(you)勵磁電流突變産(chan)㊙️生的微分幹擾信(xìn)号[ 1] 。理想勵磁磁場(chǎng)信号爲低頻矩形(xing)波, 實際上随着勵(lì)磁電流變化 ( dI /dt)在磁(cí)場上🍓産生微分幹(gàn)擾信号, 随着🐕電流(liú)的穩定, 幹擾信号(hào)随之消失, 因此同(tóng)步采樣技術可以(yǐ)有效抑制微❗分幹(gàn)擾信号。實⁉️際設計(ji)中, 模數轉化器使(shi)⛹🏻‍♀️用 AD 公司的 24位 Sigma Delta模數(shu)轉化器 AD7714。 AD7714 可以分别(bié)采用硬件和軟件(jian)方式進行采💛樣開(kāi)始時間控制, 從而(ér)實現同步采樣。采(cai)用軟件方🏃‍♀️式時, 當(dang)控制寄存🛀器中FSYNC位(wèi)爲邏輯 1時, 模數轉(zhuan)換器處于複位狀(zhuàng)态; 向該位寫邏輯(ji)🈲 0時, 器件開始采樣(yàng)輸入🐇信号。在應用(yong)中,低頻勵磁信号(hào)由 M SP430單片機内部定(ding)時器産生, 同時産(chǎn)生采樣信号。如圖(tu) 1所示, 采樣開始時(shi)間滞後勵磁信号(hào)14 個👅周期。
1. 2 工頻串模(mo)幹擾産生機理及(jí)對策
    在電磁流量(liang)計的工作現場存(cun)在大量工頻信号(hao), 疊加在⛷️勵磁回路(lù)、 電極、 前端放大器(qì)的工頻幹擾噪聲(shēng)對流量的準确測(ce)量造成極大影響(xiang)。其中輻射耦合到(dào)勵磁回路的工頻(pin)輻射磁場 (包括其(qi)諧波 )造成勵磁磁(cí)場波🙇🏻動,影響流量(liàng)測量。

    當流體流速(su)較小時, 工頻幹擾(rǎo)信号與有效流量(liàng)信🈲号😘在同一數✊量(liang)級, 嚴重影響測量(liàng)結果。已知工頻耦(ou)合噪聲基波頻率(lü)爲♉ 50 Hz , 因此可以采用(yong)模拟或數字濾🏃波(bo)器使濾波器帶寬(kuān)限制在 50 Hz以内以抑(yi)制噪聲。在實際應(ying)用中使用 Sigma Delta模數轉(zhuan)換器 AD7714内部包含的(de)數字濾波♋模塊, 數(shù)字濾📞波器相對模(mó)拟濾波器除具有(you)靈活性高、參數設(shè)置方🏃‍♀️便等特點之(zhi)外🚩,還可以降低 A /D 轉(zhuǎn)換期間引入的噪(zao)聲。AD7714數字濾波器爲(wèi) ( sinx /x )3低通濾波器, 其在(zai)頻域的傳遞函數(shù)爲:

式中: fs爲采樣頻(pín)率; AD7714采樣頻率爲 1912 kHz ; N爲(wei)濾波采樣個數; f 爲(wei)數字濾波✉️器響應(yīng)頻率。通過設定濾(lü)波采樣個數可以(yi)改變數字濾波器(qì)的截💰止頻率和一(yī)次陷波頻率。在本(ben)設計中綜合考慮(lǜ)模數轉🎯換速度和(he)去除噪聲性能, 設(shè)置 N 值使濾波器截(jié)止頻率爲 50 Hz, 濾波器(qi)頻域響應如圖 2所(suo)示, 濾波器對工頻(pín) 50 Hz及其偶次諧波有(yǒu)很好🐉的抑制作用(yong)💃🏻。

    除使用數字濾波(bo)器外, 在 A /D輸入端設(she)置 RC模拟低通濾波(bō)器還可以帶來其(qí)他作用。在實際測(ce)量觀察到的流量(liàng)信号中存在尖脈(mò)沖噪聲, 可能使模(mo)數轉換器飽和, 導(dǎo)緻數字濾波器失(shī)效, 使🔞用模拟濾波(bō)器可以提前剔除(chú)這些信号。
1. 3 共模幹(gan)擾、 串擾産生機理(lǐ)及對策
    共模幹擾(rǎo)的産生主要是由(you)于電磁屏蔽缺陷(xiàn)、接地不良、雜散💛電(dian)☁️容等引起返回電(diàn)流不平衡。共模幹(gan)擾可能⛷️導緻電路(lu)某些參考電位變(biàn)化, 是造成電磁流(liu)量計零點漂移🈲的(de)原因之一; 同時共(gòng)模信号産生很高(gāo)的輻射電場使電(diàn)路的電磁兼容性(xing)惡化。串擾是☀️由于(yú)印刷電路闆設計(jì)電磁兼容性考🥰慮(lǜ)不足造成👌信号質(zhì)量下降🎯, 特别是高(gao)速走線和模拟電(dian)路易受到影響。對(dui)由共模幹擾信💘号(hào)導緻的參考電位(wei)變化, 應㊙️用中流量(liàng)電壓采用差分形(xing)式, 通過雙絞線送(sòng)入放大器, 前端放(fàng)大器選用高共模(mo)抑制比、 低漂移、 高(gao)輸入阻抗的運放(fàng), 可以有效抑制共(gong)模幹擾。
    此外, 電磁(cí)流量計電路闆設(she)計符合電磁兼容(róng)性要求降✨低㊙️串擾(rao)🈲對信号的影響: 使(shi)用滿足功能要求(qiu)的速率盡可能低(di)的邏輯器件。選用(yòng)在邏輯狀态變換(huàn)🔞過程中輸入電流(liú)消耗更小的元件(jian)。盡可能選擇表面(mian)封裝的元器件。合(hé)👈理安排元件布局(jú), 模拟與數字部分(fen)隔離,防止數字信(xin)号影響模拟信号(hào)。适當配置去耦電(diàn)容, 選擇合适的電(diàn)容容🈚量, 去耦電容(rong)盡🈚量靠近元器件(jian)。對于敏感信号🐕回(hui)路, 如時鍾信号、模(mo)拟輸入信号嚴格(gé)控制回路面積。鋪(pù)設地平面提供低(dī)阻抗信号回路, 加(jia)強屏蔽效果。
1. 4 其他(ta)幹擾對策
    電化學(xue)極化電動勢幹擾(rao)是被測液體中電(diàn)解質在感應電場(chang)作用下在電極表(biao)面極化産生的, 是(shì)電磁🔴流量計零點(diǎn)漂移的主要原因(yin)之一。采用交流勵(li)磁方式可以有效(xiào)地減小極化電動(dong)勢, 此外在應用中(zhōng)微處理器運算時(shí)将兩次流量電壓(yā)采樣值相減, 這樣(yang)不但可以減小極(jí)化電動勢, 而且可(kě)以補償由共模幹(gàn)擾帶來的零點漂(piāo)移。
    泥漿幹擾是在(zài)測量泥漿、纖維漿(jiāng)等固液兩相特性(xing)⭐液體時, 固體顆粒(lì)或者氣泡與電極(ji)發生摩擦, 在電極(jí)表面的電化學電(dian)動勢突然變化, 電(diàn)磁流量計傳感器(qì) 輸出信号輸出尖(jiān)峰脈沖狀幹擾。在(zài)低頻勵磁情況下(xia), 泥漿幹擾産生的(de)尖脈沖數量級大(da), 極大地影響流量(liang)的準确測量,在實(shí)際設計中,采用多(duō)種信号處理混合(hé)方式抑制噪聲,信(xin)号處♈理原理⁉️如圖(tú) 3所示。

    流量計 正常(chang)運行時,尖峰脈沖(chong)噪聲出現的概率(lǜ)小,被測液🌐體流速(sù)不⛹🏻‍♀️會在短時間内(nei)變化,基于以上特(te)性,對流量信㊙️号進(jìn)⭐行限幅濾波處理(lǐ): 當前輸入信号相(xiang)對上周期輸入信(xìn)号🏃超出噪聲容限(xiàn)🈲範圍, 該信号被認(ren)爲是噪聲信号,不(bú)再進一步計算。滑(huá)動平均⭐濾波是處(chu)📧理流量信号經常(cháng)采用的信号處理(lǐ)辦🏒法,可以有效😄降(jiang)低采樣誤差; 滑動(dong)平均濾波函數的(de)脈沖響應時間是(shi)受滑動窗口數控(kòng)制的, 如果能動态(tài)調整窗口數目,那(na)麽響應速度📧就會(hui)大大提高;在應用(yong)中使用改進的滑(huá)動平均濾波函數(shu),通過響應時間控(kong)🔴制器🏃‍♀️控制滑動窗(chuāng)口數,當響應時間(jiān)超過設定值時,将(jiāng)窗口數設置爲1,使(shi)輸出信号迅速變(biàn)化,獲得較好的動(dòng)🚩态性能。

本文素材(cái)來源于網絡,如有(yǒu)侵權請聯系删除(chu)！