摘要:電(diàn)磁(cí)流量計在(zài)我國工業(yè)、制造(zào)業及(jí)其他行業的應用十(shí)分廣泛，在液體(tǐ)流量測量方面起(qǐ)到了(le)不可替(tì)代的重要(yào)作用(yòng)。由于流(liú)量(liàng)計測(cè)量的正确程度(dù)直接影響(xiǎng)到了(le)生産質量，測量(liàng)誤差可能(néng)會對(duì)生産(chǎn)過程造成(chéng)巨大的(de)經濟損失，因(yīn)此，通過研(yán)究電(diàn)磁流量計精度的影(yǐng)響因(yīn)素，分析提(tí)升測(cè)量精度(dù)的方法(fǎ)和測(cè)量過程中的抗幹擾能力(lì)具有十分(fèn)重要的意義。
随着我國科學技(jì)術和(hé)經濟的(de)不斷發(fā)展與進步，電磁(cí)流量(liàng)計在我國(guó)的工業、技術檢(jiǎn)測和管(guǎn)理(lǐ)等很多領域得(dé)到了(le)廣泛的使(shǐ)用，電(diàn)磁流量計具有(yǒu)良好的(de)耐(nài)腐蝕(shí)性，并(bìng)具備(bèi)可靠(kào)性高、适(shì)應性強(qiáng)的特(tè)點。近年來(lái)，各個領(lǐng)域在不(bú)斷探索新(xīn)技術(shù)的同時，對電磁(cí)流量計的(de)正确(què)程度和(hé)穩定性(xìng)也提出了(le)更(gèng)高的要(yào)求。能夠影(yǐng)響電磁(cí)流(liú)量計精度(dù)的(de)因素有很多，但隻要明(míng)确了(le)主要(yào)的幹(gàn)擾因素(sù)，就(jiù)能夠(gòu)有針對(duì)性地利(lì)用軟硬件技術(shù)來降(jiàng)低幹擾因(yīn)素對測量精度的影響，有效提(tí)升電磁(cí)流(liú)量計(jì)工作的可靠性。
1基(jī)本原理介紹(shào)
電磁流量計是(shì)以法(fǎ)拉第電磁(cí)感應定律爲理(lǐ)論基礎而制造(zào)的一種流量計(jì)。電磁流量計在工作(zuò)時由磁路(lù)系統産(chǎn)生(shēng)直流(liú)或交(jiāo)流磁場，用以提(tí)供測量所(suǒ)需的磁場環境，當被測液體在導管(guǎn)中通過磁(cí)場區域時，會做(zuò)切割磁力線運(yùn)動，此時(shí)就(jiù)可以通過(guò)電極傳感器将導(dǎo)管(guǎn)内的(de)流量(liàng)轉(zhuǎn)換成爲(wèi)感應(yīng)電勢信号(hào)，并将(jiāng)信号傳遞(dì)給轉(zhuǎn)換器(qì)。轉換器将獲取(qǔ)的各(gè)種不同的流量信号(hào)進行(háng)分析(xī)、對比和(hé)放(fàng)大(dà)，最終轉(zhuǎn)換成(chéng)爲标準的(de)信号輸出給積(jī)算儀(yí)，積算(suàn)儀(yí)通過對信号的處理，将測得(dé)的流量(liàng)在(zài)儀表上顯(xiǎn)示(shì)，并對測(cè)量結(jié)果進行一(yī)定(dìng)的(de)記錄，其基(jī)礎工作流程如(rú)圖1所示(shì)。
2電(diàn)磁流量計(jì)精度影響因素(sù)分析(xī)
電(diàn)磁流量計的幹擾信号(hào)有很多，這些幹(gàn)擾信(xìn)号會(huì)和實(shí)際的流量信号(hào)相混合，産生一(yī)種十(shí)分複雜的(de)數據(jù)處理(lǐ)情況(kuàng)。因此(cǐ)，要(yào)提(tí)高電磁流量(liàng)計對液(yè)體的測(cè)量(liàng)精(jīng)度(dù)，就必須(xū)對這些(xiē)幹擾信号産生(shēng)的原(yuán)因進(jìn)行分析與總(zǒng)結，以便(biàn)有針對性(xìng)地(dì)采(cǎi)取抗(kàng)幹擾措施(shī)，電磁流量計的常見(jiàn)影(yǐng)響因素(sù)如下(xià)。
2.1正交(jiāo)幹擾
電磁(cí)流(liú)量計的(de)磁路系統(tǒng)包含(hán)有兩(liǎng)個勵(lì)磁線圈，而導管内的(de)液體(tǐ)與傳感器(qì)電極及轉換器(qì)結構(gòu)組(zǔ)成了一(yī)個閉合的回路，如圖(tú)2所示。理論(lùn)情(qíng)況下，磁力線(xiàn)(圖中(zhōng)b)應與閉合(hé)回路相平(píng)行，但是由(yóu)于裝配過(guò)程中的誤(wù)差，導(dǎo)緻磁力線不可(kě)能完(wán)全(quán)平行于(yú)這一閉合(hé)回路，出現部(bù)分(fèn)磁力線成(chéng)一定(dìng)角度穿過回(huí)路(lù)的現(xiàn)象，這(zhè)引起了即(jí)使沒有液體流動的(de)情況下，傳(chuán)感器的電極上(shàng)也(yě)會(huì)産生(shēng)感應(yīng)電動勢，就形(xíng)成了正交幹(gàn)擾的基本形(xíng)式。
當磁(cí)力線圈中的電(diàn)流發生變(biàn)化時，由于(yú)傳感器(qì)電極的(de)作用(yòng)，在磁場發(fā)生轉(zhuǎn)變的(de)過程中，兩(liǎng)個電極所(suǒ)形(xíng)成(chéng)的閉(bì)合回路(lù)會産(chǎn)生(shēng)相反(fǎn)的感(gǎn)應電(diàn)壓，當磁(cí)場再次(cì)發生變化時，傳感器的電(diàn)磁回(huí)路又會再次産(chǎn)生相(xiàng)反的感應(yīng)電壓。由于磁力線圈磁場的變化總是由一個(gè)穩定(dìng)狀态(tài)向另一個(gè)穩定狀态進行轉變(biàn)，再由此狀态轉(zhuǎn)變爲(wèi)原狀态，因此，所(suǒ)引起的電(diàn)極反(fǎn)向感應電壓也(yě)具有(yǒu)相似的特(tè)質，說明正交幹擾的産生隻與(yǔ)磁力(lì)線圈(quān)的磁(cí)場變化有關，與(yǔ)實際被(bèi)測(cè)的液(yè)體流(liú)量無(wú)關。因(yīn)此，磁力(lì)線圈的(de)勵磁(cí)頻(pín)率是正(zhèng)交幹擾強弱的(de)主要影(yǐng)響因素(sù)。
2.2同相(xiàng)幹(gàn)擾(rǎo)
在電磁(cí)流(liú)量(liàng)傳感器(qì)中，部分主(zhǔ)磁通(tōng)會在流體(tǐ)内部形成正(zhèng)交幹擾的閉(bì)合(hé)渦電流(liú)，由于交變電流(liú)的産(chǎn)生(shēng)會(huì)導(dǎo)緻(zhì)出現交變(biàn)磁場(chǎng)，而引起(qǐ)與之正(zhèng)交相連的二次(cì)磁通(tōng)産生，同時(shí)因二次磁(cí)通(tōng)的影響，又會引起(qǐ)與二次(cì)磁通正(zhèng)交相(xiàng)連的渦電(diàn)流産生，這就是同向幹(gàn)擾(rǎo)産(chǎn)生(shēng)的主要原因。
下(xià)式是(shì)由正(zhèng)交幹(gàn)擾公(gōng)式經(jīng)過微分得到的同向(xiàng)幹擾公式(shì)，通(tōng)過(guò)公示(shì)可知，同相(xiàng)幹擾(rǎo)與流(liú)量信(xìn)号相(xiàng)位(wèi)相同，大(dà)小與(yǔ)流量(liàng)無關(guān)，因此很難(nán)将同(tóng)向幹擾産生的(de)信号(hào)與流量信(xìn)号進(jìn)行分離，隻(zhī)能通(tōng)過減(jiǎn)少磁(cí)路系統的勵磁(cí)頻率來(lái)降低同(tóng)向幹擾信(xìn)号的影響。
er=ω2bmsinωt=(2πf)2bmsinωt
式中:er爲同(tóng)相幹(gàn)擾電壓;f爲爲勵(lì)磁頻(pín)率;ω和(hé)t爲常量
2.3串(chuàn)模幹(gàn)擾與共模幹擾(rǎo)
串模幹擾是在(zài)單端(duān)信号輸入(rù)的同(tóng)時，還有多(duō)種幹擾信号與其疊加在(zài)一起(qǐ)成爲(wèi)前置放大(dà)器(qì)的輸入(rù)信号(hào)。若幹擾信(xìn)号(hào)過(guò)大，容易導緻放(fàng)大器飽(bǎo)和而無(wú)法正常工(gōng)作。當(dāng)設備存在漏磁(cí)問題(tí)時，也會在(zài)周圍(wéi)形成很強的交變磁(cí)場，從而會(huì)引(yǐn)起串模(mó)幹(gàn)擾的形成。爲(wèi)了降(jiàng)低串模幹(gàn)擾産生的(de)影響(xiǎng)，現階段的流量(liàng)傳感器通常将“零阻值”的被測(cè)流體作爲轉換(huàn)放大器(qì)的接地(dì)端，而傳感器的兩個(gè)電極(jí)作爲(wèi)放大器的輸入(rù)端，這就很好(hǎo)的(de)抑制了幅度相等和極性相同(tóng)的串模幹(gàn)擾。共模幹擾(rǎo)主要是(shì)由于靜電(diàn)幹(gàn)擾(rǎo)引起(qǐ)的，一(yī)般情況下，共(gòng)模(mó)幹擾(rǎo)不會(huì)直接影響(xiǎng)測量的結(jié)果，但(dàn)是若(ruò)轉換放大(dà)器的輸入參數(shù)存在(zài)不對稱問(wèn)題時，共模幹擾(rǎo)就會轉變爲串(chuàn)模幹(gàn)擾來影響(xiǎng)最終(zhōng)的測量結(jié)果，将電解質與金屬(shǔ)材(cái)料(liào)圈和(hé)電極進行屏蔽(bì)能夠有效(xiào)地降低共模幹擾的(de)影響(xiǎng)。
2.4直(zhí)流(liú)幹擾(rǎo)
在被測液(yè)體與電極和(hé)接(jiē)液部(bù)件接(jiē)觸過程中(zhōng)，電解(jiě)質中的正(zhèng)負離子會(huì)分别作定(dìng)向運動，這(zhè)會使被(bèi)測液體在電(diàn)極和接(jiē)液(yè)部件之間(jiān)形成電位(wèi)差(chà)，通常将(jiāng)這種現象稱爲極(jí)化現象(xiàng)。如圖(tú)3所示(shì)，理論(lùn)上來說，兩電極(jí)a和b對(duì)接液部件的電(diàn)位e1、e2大(dà)小相等、方向相反，此(cǐ)時兩(liǎng)電極(jí)的電位差(chà)等于零。但是，若兩電極的材質(zhì)或表面狀态存(cún)在(zài)差異(yì)，此(cǐ)時a、b電(diàn)極之間的(de)電位(wèi)差就不爲零，這(zhè)就形成(chéng)了極化(huà)電壓(yā)，極(jí)化電壓(yā)與(yǔ)共模狀(zhuàng)态的(de)電壓e3一起疊加(jiā)在流量(liàng)信(xìn)号中(zhōng)，被輸(shū)入轉換器(qì)的差(chà)動放(fàng)大器(qì)。當(dāng)極化電壓過(guò)大，則會(huì)對(duì)差動放大器的輸入(rù)端造成較(jiào)大影響，導緻(zhì)信号無(wú)法放大或流量信号(hào)的輸(shū)出波動過大(dà)，從而降(jiàng)低了電磁(cí)流量(liàng)計的(de)測(cè)量(liàng)精度(dù)。
3電磁(cí)流量計的(de)抗幹擾(rǎo)方式
由于電(diàn)磁流(liú)量計測量精度(dù)的幹(gàn)擾因(yīn)素(sù)很多，且(qiě)電磁流量(liàng)計的工作條件通常(cháng)也比較(jiào)惡劣，電(diàn)磁流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)确程(chéng)度除受到(dào)系統(tǒng)内部(bù)産生的信号幹擾外，還會(huì)不可(kě)避免的(de)受到多(duō)種環(huán)境(jìng)因素的(de)影響，電(diàn)磁(cí)流量(liàng)計測(cè)量的(de)誤差(chà)，會給生産帶來重大的經濟損(sǔn)失。因此，提(tí)升流量計(jì)的(de)可靠性(xìng)與測(cè)量精(jīng)度，減(jiǎn)少幹擾對測量(liàng)值的影響程度(dù)，是電磁流(liú)量計(jì)發展必須(xū)要做(zuò)的工作。
3.1硬件抗(kàng)幹擾(rǎo)技術(shù)
(1)電源端所(suǒ)産生的幹(gàn)擾是電子産品(pǐn)較爲常見(jiàn)的精度幹擾因素，由于這(zhè)種(zhǒng)幹擾無(wú)法完全被(bèi)去除(chú)，隻能通過減小(xiǎo)幹擾脈沖(chòng)的幅(fú)度來(lái)降低其影(yǐng)響。在實際工作(zuò)中常采用在交(jiāo)流進線端串接入低(dī)通lc濾波器(qì)的方(fāng)式來實現(xiàn)，這種方法在實(shí)際的工作中産(chǎn)生了(le)顯著(zhe)地效(xiào)果。
(2)傳輸(shū)電纜所産生的(de)雜散電磁場會通過感(gǎn)應和輻射的方(fāng)式進入信(xìn)道而(ér)産生(shēng)幹擾(rǎo)，利用(yòng)雙芯(xīn)屏蔽(bì)電纜(lǎn)能夠(gòu)實現較長(zhǎng)線路(lù)傳輸(shū)的抗(kàng)幹擾功能。對于(yú)環境(jìng)更爲(wèi)惡劣的情況(kuàng)，爲提高(gāo)抗幹擾能力，可采用光電隔離(lí)方式将系(xì)統控(kòng)制部分(fèn)與i/o口部(bù)分分開(kāi)，并(bìng)采用(yòng)雙電(diàn)源供電來(lái)降低幹擾産生(shēng)的精度影(yǐng)響。
(3)除了有針對(duì)性的(de)抵抗(kàng)幹擾之外(wài)，還可以(yǐ)采取增(zēng)加硬件(jiàn)的方式(shì)提升(shēng)系(xì)統(tǒng)的整體抗幹擾能力。例如:選(xuǎn)擇和使(shǐ)用抗(kàng)幹(gàn)擾能力(lì)強的單片(piàn)機;使(shǐ)用硬件看門狗(gǒu)電路(lù);使用(yòng)電壓(yā)檢測電路;盡可(kě)能使(shǐ)用單片機(jī)的内部程序存(cún)儲器和内部數(shù)據存儲器(qì)等。
3.2軟(ruǎn)件抗幹(gàn)擾技術(shù)
(1)通過(guò)在系統程(chéng)序的關鍵(jiàn)位置插入部分單字(zì)節指令或将單(dān)字節指(zhǐ)令進行(háng)重寫，從而達到(dào)恢複“跑飛”程序(xù)的目的，這(zhè)種(zhǒng)方(fāng)法稱(chēng)之爲指令(lìng)冗餘。指(zhǐ)令冗餘(yú)的主(zhǔ)要(yào)方法包(bāo)括以下兩點:一(yī)是在雙字節(jiē)指(zhǐ)令和3字節(jiē)指令(lìng)之後插入兩個單字節(jiē)nop指令，以保證其後的指(zhǐ)令不(bú)被(bèi)拆散。二(èr)是對(duì)于程序流(liú)向起(qǐ)決定作用的指(zhǐ)令和某些(xiē)對系(xì)統工(gōng)作狀(zhuàng)态有(yǒu)重要作用(yòng)的指(zhǐ)令的(de)後面(miàn)，可重複(fú)寫(xiě)上這(zhè)些指(zhǐ)令，以(yǐ)确保這些指令的正(zhèng)确執行(háng)。
(2)若“跑飛”程序進入非程(chéng)序區或者(zhě)表格區時，指(zhǐ)令冗餘則無法起(qǐ)到抗(kàng)幹擾(rǎo)的目的，此(cǐ)時可采用(yòng)設置(zhì)軟件陷阱對“跑(pǎo)飛”程序進(jìn)行攔截，軟(ruǎn)件陷阱能(néng)将“跑飛”程序(xù)引(yǐn)向某一位置，再(zài)通過編制(zhì)的程(chéng)序對(duì)“跑飛”程序(xù)進行恢複(fú)。
(3)某些(xiē)程序(xù)被幹擾後(hòu)容易陷入死循環模式，通(tōng)過程(chéng)序監(jiān)視技術，能夠及(jí)時(shí)發(fā)現運(yùn)行超(chāo)時的(de)程(chéng)序(xù)，并采用相應的(de)方式使(shǐ)程(chéng)序複(fú)位，保(bǎo)證程序的(de)正常(cháng)運行。
4結語(yǔ)
總之(zhī)，在(zài)保證電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計(jì)基本使用功(gōng)能的前(qián)提下，通過(guò)對現(xiàn)階(jiē)段技術的影(yǐng)響因素進(jìn)行分(fèn)析，就(jiù)能夠有針(zhēn)對性地降低幹擾對(duì)測量結果(guǒ)産生的影(yǐng)響，從(cóng)而保(bǎo)證電磁(cí)流(liú)量計工作(zuò)過程的可(kě)靠性(xìng)，避免(miǎn)因測(cè)量不準确(què)而導緻的(de)經濟(jì)損失和事故發生。
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