智能电磁流量计抗干扰技术的研究

2013-07-02 13:30:07来源: 21ic
一、概述

电磁流量计的发展和应用与其抗干扰技术的发展进步密切相关,特别是近几十年来采用三直低频矩形波动励磁技术和双频矩形波励磁技术,以及微处理器硬件和软件技术明显地提高了电磁流量计抗干扰能力和测量精度,扩大了电磁流量计的应用领域,改变了人们长期认为电磁流量计测量精度低,抗干扰能力差的概念。

电磁流量计是基于导电性流体在磁场中运动所产生的感应电势来推算流体流量的测量仪表,其基本工作原理是电磁感应定律。因此电磁耦合静电感应是电磁流量计干扰噪声的首要来源;被测流体介质特性产生的电化学干扰噪声是电磁流量计干扰燥声的第二来源;电磁流量计供电电源的电压和频率波动等电源干扰噪声是电磁流量计干扰噪声的第三来源。以上三类干扰噪声的来源、机理、特性不同。对电磁流量计的影响方式不同,相应采用的抗干扰措施也不同。作者结合双频矩形波励磁智能电磁流量计的研究工作,着重就智能电磁流量计抗干扰技术加以探讨,提出一些抗干扰的对策,以供智能仪器研究设计参考。

二、电磁流量计抗干扰技术的发展历史

电磁流量计的发展历史就是其抗干扰技术的发展历史。早在1832年,英国物理学家法拉第构想地球磁场来测量泰晤土河水的流速,并进行了现场实验,但未能获得成功。主要原因是在直流励磁磁场下存在流体介质的极化效应和热电效应而产生干扰噪声淹没了流量信号电势。河床短路了流速信号电势,加之当时的流量技术远远没有达到解决各种干扰噪声的抑制和高阻抗信号测量的水平,因此导致首次电磁流量计实验研究的失败。诚然,从电磁流量计研究伊始就面临如何克服各种干扰噪声的棘手难题,正因如此,在以后的电磁流量计研究过程中,人们都将其抗干扰技术列为首要的技术问题。

电磁流量计励磁技术的发展极大地推动其抗干扰技术的进步。50年代末电磁流量计首次工业应用开始,电磁流量计抗干扰技术的发展经历了几个阶段,每一次进步都是为了解决其抗干扰能力的问题,促使电磁流量计抗干扰技术出现一次飞跃,电磁流量计的性能指标提高。50年代末六十年代初,为了减弱直流励磁磁场下电极表面的严重极化电势的影响,采用了工频正弦波励磁技术,但导致了电磁感应、静电耦合等工频干扰,致使采用复杂的正交干扰抑制电路等多种抗干扰措施,难以完全消除工频干扰噪声的影响,导致电磁流量计零点难以稳定、测量精度低、可靠性差。70年代中期,随着电子技术的发展和同步采样技术的问世,采用低频矩形波励磁技术,改变工频干扰的形态特征,利用工频同步采样技术,获得电磁流量计较好的抗工频干扰的能力,测量精度提高、零点稳定、可靠性增强。80年代初采用三值低频矩形波励磁技术和动态校零技术、同步励磁、同步采样技术以获得电磁流量计最佳的零点稳定性,进一步提高抗工频干扰和极化电势干扰的能力。80年代末采用双频矩形波励磁技术,既能克服流体介质产生的泥浆干扰和流体流动噪声,又能具有低频矩形波励磁电磁流量计的零点稳压性,实现电磁流量计零点稳定性、抗干扰能力和响应速度的最佳统一。因此电磁流量计励磁技术的进步,一方面改变正交干扰电势的形态和特征,另一方面降低泥浆干扰和流动噪声的数量级,从而提高电磁流量计抗干扰能力,所以电磁流量计励磁技术的改进是最有效的抗干扰措施。

三、电磁流量计干扰噪声的物理机理、特性及其对策

为了对电磁流量计抗干扰技术加以探讨,首先必须对电磁流量计干扰噪声产生的物理机理和特性加以分析研究,从而根据各种干扰噪声的特性采用相应的抗干扰对策,以提高电磁流量计抗干扰的能力。

1 工频干扰噪声

工频干扰噪声是由电磁流量传感器励磁绕组和流体、电极、放大器输入回路的电磁耦合,另外电磁流量计工作现场的工频共模干扰,其三供电电源引入的工频串模干扰等,其产生的物理机理均是电磁感应原理。首先就电磁流量传感器励磁绕组和流体、电极、放大器输入回路的电磁耦合产生的工频干扰对电磁流量计工作影响最大,而且在不同的励磁技术下其表现的形态、特性不同,因而采取抗干扰措施也不同,如图1所示在各种励磁技术。


图1 各种励磁技术下电磁耦合工频干扰的特性

下此工频干扰噪声的特性。在工频正弦波励磁磁场下,此种电磁耦合工频干扰噪声表现形式为正交干扰(见图1 b),又称为变压器电势,其特点是干扰噪声幅值和工频正弦波励磁频率成正比 ,相位滞后流量信号电势900,且幅值较流量信号电势大几个数量级。在低频矩形波励磁,三值低频矩形波励磁和双频矩形波励磁条件,此种电磁偶合工频干扰噪声表现形式为微分干扰(见图1c),其波形为脉冲波形,其中幅值和磁通变化率成正比,且按指数规律衰减,一般而言其幅值比正弦波励磁条件下的正交干扰大得多,另外此微分干扰仅在励磁磁通变化时产生,而在磁通恒定时,下一个磁通发生变化之前不会产生微分干扰,具有时段性。
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关键字:电磁流量计  抗干扰技术  EPROM

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0702/article_7541.html
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