摘要(yào):本文(wén)簡要闡(chǎn)述了幾(jǐ)種 電(diàn)磁(cí)流量計(jì) (emf)的抗幹擾技術(shù)。同時(shí),讨論了電(diàn)磁流量計三類幹擾(rǎo)噪聲産生(shēng)的物(wù)理機理和(hé)特征。研究了矩(jǔ)形波勵磁(cí)型智(zhì)能電磁流量計的硬(yìng)件和軟件(jiàn)抗幹(gàn)擾技(jì)術,爲(wèi)實現智能電磁(cí)流量(liàng)計 的高精(jīng)度、高可靠性、高抗幹(gàn)擾能力奠定了堅(jiān)實的技(jì)術(shù)基礎。
1概述
　　電(diàn)磁流量(liàng)計(jì)是基(jī)于導電性流體(tǐ)在磁(cí)場中(zhōng)運動(dòng)所産生的感應(yīng)電勢來(lái)推(tuī)算流(liú)體流量的測量儀表,其基本工(gōng)作原(yuán)理是(shì)電磁(cí)感應定律。因此(cǐ)電(diàn)磁(cí)耦合靜電(diàn)感應是電磁流量計幹擾噪聲(shēng)的首要來(lái)源;被(bèi)測流體介質特性産生的電化(huà)學幹擾噪聲是(shì)電磁流量計幹(gàn)擾噪聲(shēng)的(de)第二來源;電磁流量(liàng)計供電電(diàn)源的(de)電壓和頻率波(bō)動等(děng)電源幹擾(rǎo)噪聲是(shì)電磁流(liú)量計(jì)幹擾噪聲(shēng)的(de)第三來(lái)源。以(yǐ)上三類幹擾(rǎo)噪(zào)聲的來源、機理(lǐ)、特性不同(tóng)。對電(diàn)磁流量(liàng)計的影(yǐng)響方式(shì)不同,相(xiàng)應采用的抗幹(gàn)擾措(cuò)施也(yě)不同(tóng)。本文結(jié)合雙頻(pín)矩形(xíng)波勵(lì)磁智能電磁流(liú)量計(jì)的研究工作,着重就智能(néng)電磁(cí)流量(liàng)計抗幹擾(rǎo)技術(shù)加以探讨,提出一些抗幹(gàn)擾的對策,以供智能儀(yí)器研究(jiū)設計參(cān)考。
2電磁(cí)流量計幹擾噪(zào)聲的物理(lǐ)機理(lǐ)、特性及其(qí)對策
　　爲了(le)對電(diàn)磁流(liú)量計抗幹擾技(jì)術加以探讨,首(shǒu)先必(bì)須對電磁(cí)流量計幹(gàn)擾噪(zào)聲産生的物理(lǐ)機理和特(tè)性加以分(fèn)析研究,從而根據各種幹(gàn)擾噪(zào)聲的特性(xìng)采用(yòng)相(xiàng)應的抗幹擾(rǎo)對策,以提(tí)高電磁(cí)流量計抗幹(gàn)擾的(de)能力(lì)。
2.1工頻幹擾噪聲(shēng)
　　工頻幹擾噪聲(shēng)是由(yóu)電磁(cí)流量(liàng)傳感器勵磁繞組和流體、電極(jí)、放大(dà)器輸入回(huí)路的電磁(cí)耦合,其二(èr)是(shì)電磁流(liú)量計工作現場(chǎng)的工頻(pín)共模幹(gàn)擾,其三(sān)是供電電源(yuán)引(yǐn)入的工(gōng)頻串模(mó)幹(gàn)擾等,其産(chǎn)生的(de)物理(lǐ)機理均(jun1)是電磁(cí)感應原(yuán)理(lǐ)。首先(xiān)就電磁流(liú)量傳(chuán)感器(qì)勵磁繞組和流(liú)體、電極、放(fàng)大器輸入回路(lù)的電磁耦合産生的工(gōng)頻幹擾(rǎo)對電磁流量計工作(zuò)影響(xiǎng)最大(dà),而且在不(bú)同的(de)勵磁(cí)技術下其表現的(de)形(xíng)态、特(tè)性不(bú)同,因而采(cǎi)取抗(kàng)幹擾措施(shī)也不同,電磁流(liú)量傳(chuán)感(gǎn)器原理(lǐ)見圖(tú)1(a)。在工(gōng)頻正(zhèng)弦波(bō)勵磁磁場(chǎng)下,此(cǐ)種電磁耦合工頻幹擾噪(zào)聲表(biǎo)現形式(shì)爲(wèi)正交(jiāo)幹擾(見圖1b),又稱(chēng)爲(wèi)變(biàn)壓器電勢(shì),其(qí)特點是(shì)幹擾(rǎo)噪聲幅值(zhí)和工(gōng)頻正弦波勵磁頻率(lǜ)成正(zhèng)比,相(xiàng)位滞(zhì)後流(liú)量信(xìn)号電勢90°,且(qiě)幅(fú)值較流量信(xìn)号電勢(shì)大幾(jǐ)個數量級。

　　對于工頻(pín)共模(mó)幹擾和工(gōng)頻串模幹擾是(shì)常見的幹擾,主要是由(yóu)于電磁(cí)屏蔽(bì)缺陷、分布(bù)電容耦合、電磁(cí)流量(liàng)計接地不(bú)良等原因産生(shēng),采用輸入(rù)保護(hù)技術、高輸入阻(zǔ)抗(kàng)、高共模抑制(zhì)比自舉前置(zhì)放(fàng)大器技術以及重複接地技術(shù),工頻寬脈沖同步采樣技術等(děng)提高(gāo)抗工頻幹(gàn)擾的(de)能(néng)力(lì)。
2.2流體(tǐ)介質特性産生(shēng)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(diàn)極(jí)感生電動勢(shì)在兩極(jí)極性(xìng)不同而導(dǎo)緻電解質(zhì)在電(diàn)極表面極化産生。雖然采(cǎi)用正(zhèng)負交變勵磁磁(cí)場能(néng)顯著減弱極化電勢的數(shù)量級,但不能根(gēn)本上完全(quán)消除(chú)極化電(diàn)勢幹擾(rǎo)。
(b)泥漿(jiāng)幹擾(rǎo)是在(zài)測(cè)量(liàng)泥漿(jiāng)、纖維(wéi)漿等(děng)液固兩(liǎng)相(xiàng)導電性流(liú)體流(liú)量時(shí),固體(tǐ)顆粒(lì)或者(zhě)氣泡擦過(guò)電極(jí)表面時,電(diàn)極表面(miàn)的接觸(chù)電化學電勢突(tū)然變化,電磁流(liú)量傳(chuán)感器輸出信(xìn)号出現尖峰(fēng)脈沖(chòng)狀幹擾(rǎo)噪(zào)聲。
(c)流體流動噪(zào)聲是(shì)在(zài)測量低(dī)導率(lǜ)液(yè)體(100vs cm以下)流體流量時,電(diàn)極的電化學電(diàn)勢定(dìng)期波動,産(chǎn)生随流量增加(jiā)而頻(pín)率增加的(de)随機幹(gàn)擾(rǎo)噪聲(shēng),具有類(lèi)似泥漿幹擾的1 f頻譜特(tè)性,因此(cǐ)提高勵(lì)磁頻率有助于降低(dī)流(liú)體流動(dòng)噪聲的數量級(jí),以提高(gāo)電(diàn)磁流(liú)量傳感器(qì)測量(liàng)低導(dǎo)電(diàn)率流體(tǐ)流量的信(xìn)噪比(bǐ)。
2.3供電(diàn)電源性幹(gàn)擾
　　電磁流(liú)量計(jì)一般都采用工(gōng)頻交流電源供(gòng)電,其電源(yuán)電壓(yā)的幅值(zhí)和頻(pín)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(diàn)源電(diàn)壓的(de)幅(fú)值變化(huà),因采用多級集成穩壓,一(yī)般而言電(diàn)源電壓的(de)幅(fú)值變化對電(diàn)磁流量的測量精度(dù)影響不大(dà)。當電源(yuán)電壓的(de)頻率(lǜ)波動時,雖(suī)然其波動範圍(wéi)有限(xiàn),但對電磁流量計測量精度影響(xiǎng)較大。
3智(zhì)能電磁流(liú)量計硬件(jiàn)抗幹擾技(jì)術
　　綜(zōng)合上(shàng)述電(diàn)磁流量計幹擾(rǎo)噪聲産(chǎn)生(shēng)的物(wù)理和特性分析(xī),智能電磁流量(liàng)計分别(bié)采用硬(yìng)件和軟件(jiàn)幹擾(rǎo)技術,以(yǐ)提高電(diàn)磁流(liú)量計抗幹擾能力(lì)。
3.1新(xīn)型勵(lì)磁技術(shù)是提高(gāo)電磁(cí)流量(liàng)計抗幹擾能力(lì)的重(zhòng)要手(shǒu)段
　　電(diàn)磁流(liú)量計勵磁技術(shù)的發(fā)展,不僅(jǐn)減(jiǎn)弱電極極(jí)化電(diàn)勢、泥(ní)漿幹(gàn)擾、流(liú)動噪聲的影響,又(yòu)能改(gǎi)變工頻(pín)幹擾的(de)形态,便(biàn)于同步采(cǎi)樣技(jì)術處(chù)理工(gōng)頻幹(gàn)擾噪(zào)聲,以避免工(gōng)頻幹擾的影(yǐng)響。目前電磁流(liú)量傳(chuán)感器采用(yòng)工頻頻率同步(bù)三值(zhí)低頻(pín)矩形勵磁和雙頻矩(jǔ)形波勵磁,從而(ér)提高電磁(cí)流量(liàng)計整個抗幹擾能力(lì),提高(gāo)電磁(cí)流(liú)量計的測量(liàng)精度(dù)和可靠性(xìng)。
3.2前置放大(dà)器的設計是提(tí)高抗(kàng)幹擾能力的首(shǒu)要環節
　　電(diàn)磁流(liú)量傳(chuán)感器輸出流信(xìn)号十分微(wēi)弱,内阻(zǔ)抗(kàng)較高,因此(cǐ)高輸入阻抗、低漂移、低噪(zào)聲、高crmm前置放(fàng)大(dà)器才(cái)能(néng)滿足抗同相(xiàng)共模幹擾(rǎo)的要求。前置放大(dà)器采用jfet高輸(shū)入阻(zǔ)抗電壓緩(huǎn)沖器,低漂移低(dī)噪聲減法器,精密電阻精心匹(pǐ)配(pèi)組成儀(yí)用放(fàng)大器,并采用輸(shū)入保護技(jì)術,共模電壓(yā)自舉技(jì)術和接地技術(shù)大大(dà)提(tí)高(gāo)抗共(gòng)模幹擾的(de)能力(lì),抑制(zhì)零點(diǎn)漂移(yí)的影(yǐng)響。


3.3同步采樣的頻(pín)率(lǜ)補償技術(shù)
　　同步采樣和工(gōng)頻電(diàn)源頻(pín)率監(jiān)視補償技術,是(shì)提高抗流量信(xìn)号電勢中混入(rù)工頻(pín)幹擾和(hé)工(gōng)頻電(diàn)源頻率波動産(chǎn)生工頻幹(gàn)擾能(néng)力的(de)有效方法(fǎ)。同步采樣(yàng)技術,其(qí)采(cǎi)樣(yàng)脈(mò)寬爲工頻周期(qī)的整數(shù)倍(bèi),使流量信号電勢中(zhōng)工(gōng)頻幹擾平均(jun1)值等于零,以消(xiāo)除工頻(pín)幹擾的(de)影響;工(gōng)頻電源(yuán)的頻(pín)率波(bō)動補償是(shì)保(bǎo)證頻率(lǜ)的動态(tài)波(bō)動(dòng)中(zhōng),勵磁電源(yuán)和采(cǎi)樣脈沖得以同(tóng)步調整,真正實(shí)現同步采樣技(jì)術和(hé)同步勵磁(cí)技術,同步a d轉換(huàn),以降(jiàng)低(dī)工頻幹(gàn)擾的影(yǐng)響(xiǎng)。
3.4采用新型hcmos系列芯片(piàn)技術
　　采(cǎi)用74hc系列(liè)芯片技術(shù)較采(cǎi)用74ls系列芯(xīn)片其(qí)低噪聲容(róng)限提(tí)高2.4倍,高燥(zào)聲容(róng)限提(tí)高2.1倍,智能電磁流量計整個硬(yìng)件采(cǎi)用74hc系列芯片,不僅降(jiàng)低整個功耗,而(ér)且提高(gāo)元器件(jiàn)本身抗幹擾能(néng)力,爲電磁流量計小型輕量一體化奠定了基(jī)礎。
3.5微處理器(qì)系(xì)統電源(yuán)電壓監視技術
　　智能電(diàn)磁流量計中微(wēi)處理(lǐ)器系(xì)統當(dāng)電源(yuán)瞬态欠(qiàn)壓(yā),勵磁開關(guān)脈沖(chòng)動作都(dōu)會(huì)造成微處理(lǐ)器誤動(dòng)作,數據(jù)丢失等(děng)現象,因此(cǐ)必須采用可(kě)靠(kào)的複(fú)位電(diàn)路(lù)和電源(yuán)電壓監視技術(shù)。最簡單實(shí)用的(de)方法是(shì)采用低(dī)成本電源配合(hé)高靈敏(mǐn)度的電(diàn)源電壓(yā)監視器(qì),提高微處理器(qì)系統和抗幹(gàn)擾能力。如圖(tú)2所示(shì)微處理(lǐ)器電壓(yā)監視器,其(qí)采用(yòng)tl7705cp電(diàn)源(yuán)電壓監視(shì)器芯片(piàn),具(jù)有(yǒu)電(diàn)源加(jiā)電(diàn)、電(diàn)源瞬(shùn)時欠壓(yā)均能産(chǎn)生可(kě)靠(kào)的複位(wèi)信号。
4智能(néng)電磁流量計軟件(jiàn)抗(kàng)幹擾技術(shù)
　　智能電磁(cí)流量計固(gù)化在(zài)eprom中(zhōng)的軟件配合硬件除完(wán)成智能電(diàn)磁流量計(jì)的正常功(gōng)能外,必須具備(bèi)較強(qiáng)的抗幹擾(rǎo)能力和容錯能(néng)力,組成完善的(de)應用程(chéng)序(xù)。
4.1數字濾波技術(shù)
　　數字濾波(bō)技術(shù)是智能儀(yí)器中最常(cháng)采用的技術,能(néng)夠完(wán)成(chéng)模(mó)拟濾(lǜ)波器不能(néng)完成的功(gōng)能,很容易(yì)解決脈沖(chòng)幹擾(rǎo)剔除(chú)、數字電路毛刺幹擾(rǎo)消除、a d轉換(huàn)器的(de)抗工頻能力(lì)以及輸入(rù)微處理(lǐ)器數(shù)字的可靠(kào)性問(wèn)題。
4.2程(chéng)控放(fàng)大器(qì)技術(shù)
　　程控放大器技術即解決(jué)電磁(cí)流量計量(liàng)程自(zì)動轉換問(wèn)題,同時利用增益控(kòng)制(zhì)方(fāng)法有效削弱微分幹(gàn)擾(rǎo)峰值使放大(dà)器過載的(de)問題(tí),便于(yú)流量(liàng)信号電勢處理,提高(gāo)抗微分幹擾的(de)能力。
4.3微處(chù)理器(qì)硬件(jiàn)故障自(zì)診(zhěn)斷技術(shù)
　　微處理(lǐ)器硬件(jiàn)故障自(zì)診斷(duàn)技術(shù)是采(cǎi)用軟(ruǎn)件容錯設(shè)計,極大(dà)地(dì)提(tí)高(gāo)硬件(jiàn)系統(tǒng)的可(kě)靠性,從(cóng)而提高(gāo)整個(gè)智(zhì)能(néng)電磁(cí)流量計的抗幹擾能力。具體包(bāo)括cpu自(zì)診斷(duàn),定時器診(zhěn)斷,中斷功(gōng)能診(zhěn)斷,ram診斷,a d通道(dào)診斷(duàn)和校正(zhèng),d a通道診斷,數(shù)字(zì)i o口通(tōng)道的診斷(duàn)等部分,涉及到(dào)智能電磁流量計的關鍵部件(jiàn)。
4.4微處理器抗幹(gàn)擾技(jì)術
　　上(shàng)述各(gè)種抗幹(gàn)擾措施是解(jiě)決輸入、輸(shū)出通道中(zhōng)的各(gè)種幹擾問題(tí),當幹擾噪聲沒有作用到微處理器本身時(shí),微處理器仍然正确(què)無誤地執行各(gè)種抗幹(gàn)擾軟件,消除(chú)或者削弱(ruò)幹擾噪聲(shēng)對電磁流量計輸入(rù)輸出通(tōng)路的影(yǐng)響,當幹擾噪聲(shēng)通過三總線等(děng)作用(yòng)到(dào)微處理器本身(shēn),cpu将不能(néng)按正(zhèng)常狀态執(zhí)行程序,導緻智能電磁流(liú)量計(jì)整個工(gōng)作(zuò)混亂,爲(wèi)了(le)提高(gāo)微處(chù)理器(qì)自身的抗(kàng)幹擾(rǎo)能力(lì)采用(yòng)硬件和(hé)軟件相(xiàng)配合的多種抗(kàng)幹擾措施(shī)。多種(zhǒng)複位(wèi)方(fāng)式(shì)解決失控的cpu最簡單(dān)的方法,掉電保(bǎo)護技(jì)術,軟(ruǎn)件指(zhǐ)令(lìng)冗餘措施,軟(ruǎn)件陷阱抗幹擾方法(fǎ)也是排除智能電磁流量(liàng)計微(wēi)處理器失控的有效方法。
4.5程序運(yùn)行監視(shì)系統(watchdog)
　　智能(néng)電磁流量(liàng)計(jì)采(cǎi)用程序運行監視系統以監視微處(chù)理器(qì)執行應用(yòng)程序的狀況,當(dāng)程序正彈到一個臨時構成的(de)死循環(huán)中時看(kàn)門狗(gǒu)能及(jí)時發(fā)并強(qiáng)迫(pò)系統複(fú)位,擺脫死循環(huán)狀态,圖(tú)3所示是(shì)由硬件(jiàn)和軟件(jiàn)配合構成的程(chéng)序運(yùn)行監視器(qì)。
5結束語(yǔ)
　　智(zhì)能電(diàn)磁流量(liàng)計(jì)多種(zhǒng)抗幹擾技術的(de)采用,使電(diàn)磁(cí)流(liú)量計抗幹(gàn)擾能(néng)力增(zēng)強(qiáng),精度和(hé)可靠(kào)性(xìng)提高,不(bú)僅實(shí)現了電磁(cí)流量計(jì)小型輕(qīng)量一(yī)體化(huà)智能(néng)化,而(ér)且(qiě)推(tuī)動了(le)電磁流量(liàng)計的(de)廣泛(fàn)應用,開拓(tuò)了電磁流量計的潛(qián)在市(shì)場。

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