污水流量計(jì)使用中干擾源及干擾技術(shù)的分析

摘要：作為一種新型的流量測量儀表，污水流量計(jì)在*近幾年里獲得了長足的發(fā)展，其以自身優(yōu)良的性能和特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中各種導(dǎo)電液體的流量測量，同時(shí)在食品、化工以及水處理等行業(yè)中各類漿液流量的測量中也有所應(yīng)用。雖然與其它流量計(jì)相比，污水流量計(jì)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，但它也有一定的缺陷，即容易受到外界的干擾。為此，在應(yīng)用污水流量計(jì)時(shí)，必須采取有效的抗干擾措施，這對(duì)于確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性具有非常重要的意義。基于此點(diǎn)，本文就污水流量計(jì)中干擾問題展開探討。
1、污水流量計(jì)的基本原理及干擾源分析
1.1污水流量計(jì)測量原理
所謂的污水流量計(jì)實(shí)質(zhì)上就是一種按照法拉*電磁感應(yīng)定律來對(duì)管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)的體積流量進(jìn)行測量的感應(yīng)式儀表，其主要是應(yīng)用單片機(jī)嵌入式技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字勵(lì)磁，并依托于CAN現(xiàn)場總線進(jìn)行測量。由污水流量計(jì)的概念可知，其測量原理是基于法拉*電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)電的金屬桿以某種特定的速度進(jìn)行垂直于磁力線方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)便會(huì)產(chǎn)生出感應(yīng)電壓。通常情況下，可將流量計(jì)中測量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)看作是導(dǎo)電的金屬桿，而上端與下端的勵(lì)磁線圈則會(huì)在管道的垂直方向上形成一個(gè)相對(duì)比較均勻的恒定磁場，當(dāng)導(dǎo)電流體以特定的速度在管道內(nèi)經(jīng)過時(shí)，其便會(huì)對(duì)磁力線進(jìn)行切割，從而產(chǎn)生出感生電動(dòng)勢，若是在管道兩端分別加裝電極的話，則可在電極上探測到感生電壓。流量計(jì)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置能夠通過對(duì)感生電壓大小的測量計(jì)算出導(dǎo)電流體的體積流量，由此便可以獲得經(jīng)過管道的實(shí)際體積流量。污水流量計(jì)是由傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分組成的，其中傳感器一般都是安裝在現(xiàn)場的被測管道當(dāng)中，而信號(hào)轉(zhuǎn)換器則主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器測量獲得的微弱信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顯示、記錄、調(diào)控的目的。
1.2污水流量計(jì)的干擾源分析
轉(zhuǎn)換器的流量信號(hào)由傳感器所提供，是一種電壓信號(hào)，即電極間的電位差。在測量實(shí)踐中，受靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電化學(xué)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(dòng)勢，而且還包含多種干擾成分，主要來源于以下方面：
1）在污水流量計(jì)的工作現(xiàn)場擁有大量工頻信號(hào)，導(dǎo)致耦合在激磁回路、前端放大器、電極的工頻干擾噪聲嚴(yán)重影響污水流量計(jì)測量的準(zhǔn)確性。
2）污水流量計(jì)在低頻矩形波激磁的作用下會(huì)產(chǎn)生干擾，這主要是由于激磁電流突變而導(dǎo)致微分干擾信號(hào)的產(chǎn)生。與此同時(shí)，干擾信號(hào)會(huì)隨著電流的穩(wěn)定而逐步消失。
3）電磁流量傳感器上的變壓器效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生相位上與流量信號(hào)形成90°的正交干擾信號(hào)。
4）部分電磁屏自身存在接地與屏蔽不良、電容雜散等弊端，極易導(dǎo)致返回電流不平衡，進(jìn)而引發(fā)共模干擾，甚至造成某些電路電位變化，這是致使污水流量計(jì)零點(diǎn)漂移的重要因素之一。在此情況下，產(chǎn)生的高輻射電場會(huì)不斷惡化電磁兼容性。
5）電路板設(shè)計(jì)在未充分考慮電磁兼容性的情況下會(huì)造成串模干擾，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降，尤其對(duì)于模擬電路和高速走線而言，會(huì)造成嚴(yán)重的不良影響。
6）在感應(yīng)電場作用下，被測液體中電解質(zhì)會(huì)在電極表面產(chǎn)生極化現(xiàn)象，形成電化學(xué)極化電動(dòng)勢干擾，進(jìn)而造成污水流量計(jì)零點(diǎn)漂移。
2、污水流量計(jì)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信號(hào)之間的差為90°的干擾。當(dāng)電磁力量計(jì)的變送器以交流勵(lì)磁方式運(yùn)行時(shí)，會(huì)形成一個(gè)交變的磁場，而閉合電路則處于該磁場當(dāng)中，由于該閉合電路無法與污水流量計(jì)的變送器交變磁場產(chǎn)生出來的磁力線處于平行狀態(tài)，致使會(huì)有一部分交變磁力線從該閉合線路當(dāng)中穿過，這樣一來便會(huì)在回路當(dāng)中形成一個(gè)干擾電動(dòng)勢。想要有效抑制或消除正交干擾對(duì)污水流量計(jì)的影響，可從變送器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器這兩個(gè)部分分別采取措施，具體內(nèi)容如下：
1）從變送器上采取抗干擾措施。應(yīng)當(dāng)盡可能使閉合回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回路當(dāng)中穿過的情況發(fā)生，同時(shí)可設(shè)置干擾調(diào)整機(jī)構(gòu)，借此來減少干擾信號(hào)。此外，還可以在變送器上設(shè)置調(diào)零電位器，通過該電位器能夠使兩個(gè)回路當(dāng)中產(chǎn)生出來的電流的電勢互相抵消，從而達(dá)到消除正交干擾信號(hào)的目的。
2）從信號(hào)轉(zhuǎn)換器上采取抗干擾措施。可在轉(zhuǎn)換器當(dāng)中設(shè)置抗干擾機(jī)構(gòu)，借此來消除變送器中殘余的正交干擾信號(hào)，具體做法是在主放大器輸出端設(shè)置補(bǔ)償和抑制正交干擾的機(jī)構(gòu)。
2.2軟件抗干擾技術(shù)
在EPROM中，污水流量計(jì)固化的軟件與硬件相配合不僅要確保污水流量計(jì)正常功能的實(shí)現(xiàn)，還必須具備較強(qiáng)的容錯(cuò)能力和抗干擾能力，構(gòu)建起功能完善的應(yīng)用程序。
1）數(shù)字濾波技術(shù)。該技術(shù)是智能儀器中使用*為廣泛的技術(shù)，擁有模擬濾波器所不具備的功能，主要包括消除脈沖干擾、A/D轉(zhuǎn)換器的抗工頻能力、消除數(shù)字電路毛刺干擾、保障輸入微處理器數(shù)字的可靠性等。
2）程控放大器技術(shù)。該技術(shù)能夠解決污水流量計(jì)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換問題，通過增益控制以達(dá)到削弱微分干擾峰值導(dǎo)致放大器過載的目的，有利于處理流量信號(hào)電勢，增強(qiáng)抗微分干擾能力。
2.3同步采樣抗干擾技術(shù)
在信號(hào)連續(xù)的狀態(tài)下，可采用同步采樣技術(shù)實(shí)施采樣。但必須注意的是，選取的采樣區(qū)域、對(duì)稱度、寬度、起始點(diǎn)在小流量的影響下，會(huì)導(dǎo)致污水流量計(jì)難以達(dá)到測量精度。為此，采樣頻率應(yīng)當(dāng)選取工頻周期的整數(shù)倍，如此做法可以確保在混有干擾信號(hào)的采樣時(shí)間為工頻周期的情況下，免于電壓的干擾。
2.4接地抗干擾措施
通常情況下，受變送器輸出信號(hào)較小的影響會(huì)導(dǎo)致污水流量計(jì)的抗干擾能力降低，所以應(yīng)當(dāng)將變動(dòng)器輸入電路的零電位進(jìn)行單獨(dú)接地處理，不僅可以起到屏蔽的作用，還能夠有效減少激磁系統(tǒng)本身電磁場干擾的影響。此外，污水流量計(jì)接地必須選擇遠(yuǎn)離大型用電器的地點(diǎn)，以達(dá)到防止電流串入的目的。

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