摘(zhāi)要:本文(wén)簡要闡(chǎn)述了幾(jǐ)種
電磁(ci)流量計(jì)
(EMF)的抗幹(gan)擾技術(shù)。同時,讨(tao)論了電(dian)磁流量(liang)計三類(lei)幹擾噪(zao)聲🔆産生(shēng)的物理(lǐ)機理和(he)特征。研(yan)究了矩(jǔ)形波勵(lì)磁型智(zhi)能電磁(cí)流♊量計(ji)的硬🔞件(jian)和軟件(jian)抗幹擾(rǎo)技術,爲(wei)實現智(zhi)能電磁(cí)流量計(jì)
的高精(jīng)度、高可(kě)靠性、高(gao)抗幹擾(rao)能力奠(dian)定了堅(jian)實的✉️技(ji)術基礎(chu)。
1概述
電(diàn)磁流量(liang)計是基(ji)于導電(dian)性流體(ti)在磁場(chǎng)中運動(dòng)所産生(shēng)的感應(yīng)電勢來(lái)推算流(liú)體流量(liang)的測量(liàng)儀表,其(qi)基本工(gōng)作原理(lǐ)是電👣磁(cí)感應定(ding)律。因此(ci)電磁耦(ǒu)合靜電(diàn)感應✊是(shi)電磁流(liu)量計🔴幹(gàn)擾噪聲(shēng)的首要(yào)來源;被(bèi)測流體(tǐ)介質特(tè)性産生(shēng)的電化(hua)學幹擾(rao)噪聲是(shì)電磁流(liú)量計幹(gan)擾噪聲(shēng)的第二(er)來源;電(dian)磁流量(liàng)☎️計供電(diàn)電源的(de)電壓和(he)頻率波(bō)動等電(diàn)源幹擾(rǎo)噪聲是(shi)電磁🥰流(liu)量計幹(gàn)擾噪聲(sheng)的第三(sān)來源。以(yi)上三類(lèi)幹擾噪(zào)聲的來(lái)源、機理(lǐ)、特性不(bu)同。對電(dian)磁流量(liang)計的影(ying)響⛱️方式(shi)不同,相(xiang)應采用(yong)的抗幹(gàn)擾措施(shī)也不同(tong)。本文結(jie)合雙🐅頻(pin)矩🏒形波(bo)勵磁智(zhi)能電📞磁(ci)流量計(jì)的研究(jiu)工作✨,着(zhe)重就智(zhi)👉能電磁(cí)流量計(ji)抗幹擾(rǎo)技術加(jiā)以探讨(tao),提出一(yi)些抗幹(gàn)擾的對(duì)策,以供(gong)智能儀(yí)🔴器研究(jiū)💞設計參(can)考。
2電磁(ci)流量計(jì)幹擾噪(zào)聲的物(wù)理機理(li)、特性及(ji)其對策(ce)
爲了對(duì)電磁流(liú)量計抗(kang)幹擾技(jì)術加以(yi)探讨,首(shou)先必須(xū)對電磁(cí)流量計(jì)幹擾噪(zào)聲産生(shēng)的物理(li)機理和(hé)特性加(jiā)以分析(xī)研🐆究,從(cóng)🐅而根🧑🏾🤝🧑🏼據(ju)各種幹(gan)擾噪聲(sheng)的特性(xìng)采用相(xiàng)應的抗(kang)幹擾對(dui)策,以提(tí)高電磁(cí)流量計(ji)抗幹擾(rao)的能力(lì)。
2.1工頻幹(gan)擾噪聲(shēng)
工頻幹(gàn)擾噪聲(sheng)是由電(diàn)磁流量(liang)傳感器(qi)勵磁繞(rao)組和流(liú)體、電極(ji)、放大器(qi)輸入回(huí)路的電(dian)磁耦合(he),其二是(shi)電磁流(liú)量計🌈工(gong)作現場(chang)的工頻(pín)共模幹(gàn)擾,其三(san)是供電(diàn)電源引(yǐn)🌈入的工(gōng)頻串模(mó)幹擾等(deng),其産生(shēng)的物理(li)機理均(jun1)是電磁(ci)感應原(yuan)理。首先(xiān)就電磁(ci)流量傳(chuan)感器勵(lì)磁㊙️繞組(zǔ)和流體(ti)⛱️、電極、放(fang)大器輸(shu)入回路(lu)的電磁(cí)耦合産(chǎn)生的工(gōng)頻幹擾(rao)對電磁(ci)流量計(jì)工作影(yǐng)響最大(dà),而且在(zài)不同的(de)📱勵磁技(ji)術下其(qi)表現的(de)形态、特(te)性不同(tóng),因而采(cai)取抗幹(gàn)擾措施(shi)也不同(tóng),電磁流(liú)量傳感(gan)器原理(li)見圖1(a)。在(zai)工🏃頻正(zheng)弦波勵(lì)❄️磁磁場(chǎng)下,此種(zhǒng)電磁耦(ou)合工頻(pin)幹擾噪(zào)聲表現(xiàn)形式爲(wèi)正交幹(gàn)擾(見圖(tú)1b),又稱爲(wei)變✂️壓器(qì)電勢,其(qí)特點是(shì)幹擾噪(zào)💜聲幅值(zhí)和工頻(pín)正弦波(bo)勵磁頻(pín)率成正(zhèng)比,相位(wei)滞⛱️後流(liu)量信号(hao)電勢90°,且(qie)幅值較(jiao)流量信(xìn)🌈号電勢(shi)大幾個(gè)數量級(ji)🔱。
對(dui)于工頻(pin)共模幹(gan)擾和工(gōng)頻串模(mó)幹擾是(shì)常見的(de)幹擾,主(zhu)要是🐪由(yóu)于電磁(ci)屏蔽缺(quē)陷、分布(bu)電容耦(ǒu)合、電磁(cí)流量計(ji)接地不(bú)良等原(yuán)因産生(sheng),采用輸(shu)入保護(hù)技術🍉、高(gao)輸入阻(zu)抗、高共(gòng)模抑制(zhì)比自舉(jǔ)前置放(fang)大器技(ji)術以及(jí)重複接(jiē)地技術(shu),工頻寬(kuān)脈沖同(tóng)步采樣(yang)技術等(děng)📧提高抗(kàng)工頻幹(gan)擾的能(néng)力。
2.2流體(tǐ)介質特(tè)性産生(shēng)的電化(huà)學幹擾(rǎo)噪聲
(a)電(dian)化學極(ji)化電勢(shi)幹擾是(shi)由于電(dian)極感生(sheng)電動勢(shi)在🌈兩極(jí)極性不(bú)同而導(dǎo)緻電解(jiě)質在電(dian)極表面(miàn)極化産(chan)生。雖然(ran)采用正(zheng)負交變(biàn)勵磁磁(ci)場能顯(xiǎn)著減弱(ruo)極化電(dian)勢的數(shu)量級,但(dan)不能根(gen)本上完(wan)全消除(chú)極化電(diàn)勢幹擾(rao)。
(b)泥漿幹(gàn)擾是在(zài)測量泥(ni)漿、纖維(wei)漿等液(yè)固兩相(xiang)導電性(xìng)流體流(liu)量時,固(gu)體顆粒(lì)或者氣(qì)泡擦過(guò)電極表(biǎo)面時,電(diàn)極表面(miàn)的接觸(chu)電化學(xué)電勢突(tū)然變化(huà),電磁流(liú)量傳感(gan)器輸出(chū)信号出(chu)現尖峰(fēng)🔞脈沖狀(zhuang)幹擾噪(zào)聲。
(c)流體(tǐ)流動噪(zao)聲是在(zài)測量低(dī)導率液(yè)體(100vs cm以下(xià))流體流(liú)量時,電(diàn)極的電(diàn)化學電(diàn)勢定期(qi)波動,産(chǎn)生随流(liú)量增☂️加(jia)而頻率(lǜ)增加❗的(de)随機幹(gan)擾噪聲(sheng),具有類(lei)似泥漿(jiāng)幹擾的(de)1 f頻譜特(te)性,因此(cǐ)提高勵(li)磁頻率(lǜ)有助于(yú)降低流(liú)♉體流動(dòng)噪聲的(de)數量✌️級(ji),以提高(gāo)電磁流(liu)量傳感(gan)器測💯量(liàng)低導電(diàn)率流體(ti)流量的(de)信噪比(bǐ)。
2.3供電電(dian)源性幹(gan)擾
電磁(cí)流量計(jì)一般都(dōu)采用工(gong)頻交流(liú)電源供(gong)電,其電(diàn)源電壓(ya)的🚶幅值(zhí)和頻率(lǜ)的變化(huà)都會給(gěi)電磁流(liu)量計帶(dai)來電源(yuan)性幹擾(rao)噪聲。對(duì)電源電(diàn)壓的幅(fu)值變化(hua),因采用(yong)多級集(ji)成穩壓(yā),一🏃🏻♂️般而(er)言電源(yuan)電壓的(de)幅值變(bian)🏒化對電(dian)磁流量(liàng)的測量(liàng)精度影(ying)響不大(da)。當電源(yuan)電壓🤟的(de)頻率波(bo)動時,雖(sui)然其波(bo)🏃♂️動範圍(wéi)有限,但(dan)對電磁(cí)流✉️量計(jì)測量精(jing)度影響(xiang)較大。
3智(zhì)能電磁(cí)流量計(jì)硬件抗(kàng)幹擾技(jì)術
綜合(hé)上述電(diàn)磁流量(liang)計幹擾(rǎo)噪聲産(chan)生的物(wu)理和特(te)性分析(xī),智🌂能電(dian)磁流量(liàng)計分别(bie)采用硬(yìng)件和軟(ruǎn)件幹♌擾(rao)技🥵術,以(yǐ)提高電(dian)磁流量(liàng)計抗幹(gàn)擾能力(lì)。
3.1新型勵(li)磁技術(shu)是提高(gāo)電磁流(liú)量計抗(kang)幹擾能(néng)力的👌重(zhòng)要手📐段(duan)
電磁流(liú)量計勵(lì)磁技術(shù)的發展(zhan),不僅減(jian)弱電極(ji)極化電(diàn)勢、泥漿(jiāng)幹擾、流(liú)動噪聲(sheng)的影響(xiǎng),又能改(gai)變工頻(pin)幹擾的(de)形态,便(bian)于同步(bù)采樣技(ji)術處理(lǐ)工頻幹(gàn)擾噪聲(shēng),以避免(mian)工頻幹(gan)擾的影(ying)響。目前(qián)🌈電磁流(liu)量傳感(gǎn)器采用(yong)工頻頻(pin)🔞率同步(bu)三值低(dī)頻矩形(xíng)勵磁和(hé)雙頻矩(jǔ)形波勵(lì)磁,從而(ér)提高電(dian)磁流量(liàng)計整個(gè)抗幹擾(rǎo)能力,提(tí)✨高電磁(ci)流量計(ji)的測量(liàng)精度和(hé)♻️可靠性(xing)。
3.2前置放(fang)大器的(de)設計是(shì)提高抗(kang)幹擾能(néng)力的首(shou)要環♉節(jiē)
電磁流(liú)量傳感(gan)器輸出(chu)流信号(hào)十分微(wēi)弱,内阻(zu)抗較高(gāo),因此高(gao)輸🈲入阻(zǔ)抗、低漂(piao)移、低噪(zao)聲、高CRMM前(qian)置放大(dà)器🌈才能(neng)滿足👨❤️👨抗(kang)同相共(gong)模幹擾(rǎo)的要求(qiu)。前置放(fang)大器采(cǎi)💯用JFET高輸(shū)入阻抗(kang)電壓緩(huan)沖器,低(di)漂移低(di)噪聲減(jian)法器,精(jīng)密電阻(zǔ)精心匹(pi)配組成(cheng)儀用☀️放(fang)大器,并(bing)采用輸(shu)入💞保護(hù)技術,共(gòng)❤️模電壓(ya)自舉技(ji)術和接(jiē)地☀️技術(shù)大大提(ti)高抗共(gong)模幹擾(rao)的能力(lì),抑制零(ling)點漂移(yi)的影響(xiǎng)。
3.3同步(bu)采樣的(de)頻率補(bǔ)償技術(shu)
同步采(cai)樣和工(gong)頻電源(yuán)頻率監(jian)視補償(chang)技術,是(shi)提高抗(kang)流量信(xìn)号電勢(shì)中混入(ru)工頻幹(gàn)擾和工(gong)頻電源(yuan)頻率波(bo)動産生(shēng)工頻幹(gàn)擾能☎️力(li)的有效(xiào)方法。同(tong)步采樣(yàng)💋技術,其(qi)采樣脈(mò)寬爲工(gōng)頻周期(qi)的整數(shu)倍,使流(liu)量信☁️号(hao)電勢中(zhōng)工頻幹(gàn)擾平均(jun1)值等🈲于(yú)零,以消(xiao)除工頻(pin)幹擾的(de)影響;工(gong)頻電源(yuán)的頻率(lǜ)波動補(bu)償是保(bao)證頻率(lü)的動态(tai)波動中(zhong),勵磁電(dian)源和采(cǎi)🤟樣脈沖(chong)得以同(tong)步調整(zhěng),真正實(shí)現同步(bu)采樣技(jì)術和同(tong)步勵磁(ci)技術,同(tóng)步A D轉換(huan),以降低(dī)工頻幹(gan)擾的影(ying)響。
3.4采用(yong)新型HCMOS系(xì)列芯片(pian)技術
采(cǎi)用74HC系列(lie)芯片技(ji)術較采(cai)用74LS系列(liè)芯片其(qí)低噪聲(shēng)容💯限🚶♀️提(ti)🥵高2.4倍,高(gao)💞燥聲容(róng)限提高(gao)2.1倍,智能(néng)電磁流(liú)量計整(zhěng)個硬件(jiàn)采🛀用74HC系(xi)列芯片(piàn),不僅降(jiàng)低整個(ge)功耗,而(er)且提高(gāo)元器件(jiàn)本身抗(kang)幹擾能(neng)力,爲電(diàn)磁流量(liang)計小型(xing)輕🔞量一(yī)體化奠(dian)定了基(jī)礎。
3.5微處(chù)理器系(xì)統電源(yuán)電壓監(jian)視技術(shù)
智能電(dian)磁流量(liàng)計中微(wei)處理器(qì)系統當(dāng)電源瞬(shùn)态欠壓(ya),勵磁開(kai)♋關脈沖(chong)動作都(dou)會造成(cheng)微處理(lǐ)器誤動(dòng)作,數據(jù)丢失☁️等(deng)現象,因(yin)此必🐅須(xu)采用可(ke)靠的複(fu)位電路(lu)和電源(yuán)電壓監(jian)♋視技術(shu)。最簡單(dan)實用的(de)方法是(shì)采用低(dī)成本電(diàn)源配合(hé)高靈敏(min)度的電(diàn)源電壓(yā)監視器(qì),提高微(wēi)處理器(qì)系統和(he)抗幹擾(rǎo)能力。如(rú)圖2所示(shi)微處理(li)器電壓(yā)監視器(qi)☁️,其采用(yòng)TL7705CP電源電(diàn)壓監視(shi)器芯片(pian),具有🤟電(diàn)源加電(diàn)、電源瞬(shun)時欠壓(ya)均能産(chǎn)生可靠(kao)的複位(wèi)信号。
4智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)軟件抗(kàng)幹擾技(ji)術
智能(néng)電磁流(liú)量計固(gù)化在EPROM中(zhōng)的軟件(jian)配合硬(ying)件除完(wán)成智能(neng)電磁流(liu)量計的(de)正常功(gong)能外,必(bì)須具備(bèi)較強的(de)抗幹擾(rao)能力和(he)容🐆錯能(néng)力,組成(chéng)完善的(de)應用程(cheng)序。
4.1數字(zi)濾波技(jì)術
數字(zì)濾波技(ji)術是智(zhì)能儀器(qì)中最常(chang)采用的(de)技術,能(neng)夠完成(chéng)❗模拟㊙️濾(lü)波器不(bu)能完成(cheng)的功能(néng),很容易(yi)解決脈(mo)沖幹擾(rǎo)剔除、數(shu)字電路(lù)毛刺幹(gàn)擾消除(chú)、A D轉換器(qi)的抗工(gōng)頻能力(lì)以及輸(shu)入微處(chu)理器數(shu)字的可(ke)靠性問(wen)題。
4.2程控(kong)放大器(qì)技術
程(chéng)控放大(dà)器技術(shu)即解決(jué)電磁流(liu)量計量(liàng)程自動(dong)轉❗換問(wèn)題,同☁️時(shí)利用增(zēng)益控制(zhi)方法有(yǒu)效削弱(ruo)微分幹(gan)♈擾峰值(zhí)使放大(da)器過載(zǎi)的🐆問題(tí),便于流(liú)量信号(hao)電勢處(chu)理,提高(gao)抗微分(fen)幹擾🤞的(de)能力。
4.3微(wēi)處理器(qì)硬件故(gu)障自診(zhen)斷技術(shù)
微處理(lǐ)器硬件(jian)故障自(zì)診斷技(ji)術是采(cai)用軟件(jiàn)容錯設(she)計♌,極大(dà)地提高(gao)硬件系(xi)統的可(ke)靠性,從(cong)而提高(gāo)整個智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)的抗幹(gàn)擾能力(li)。具體包(bao)括CPU自診(zhěn)斷,定時(shí)⭐器診斷(duan),中斷功(gong)能診斷(duan),RAM診斷,A D通(tong)道診斷(duàn)和校🛀正(zhèng),D A通道診(zhěn)斷,數字(zì)I O口通道(dào)的診斷(duàn)等部分(fèn),涉及到(dao)智能電(dian)磁流量(liàng)計的關(guān)鍵部件(jian)。
4.4微處理(li)器抗幹(gàn)擾技術(shu)
上述各(ge)種抗幹(gàn)擾措施(shī)是解決(jue)輸入、輸(shū)出通道(dào)中的各(ge)種幹擾(rao)問題,當(dang)幹擾噪(zao)聲沒有(yǒu)作用到(dào)微處理(li)器本身(shen)時,微處(chù)理器仍(reng)然正确(que)無誤地(di)執行各(gè)種抗幹(gan)擾軟件(jian)🈲,消除或(huo)🌈者削弱(ruo)幹擾噪(zao)聲對電(dian)🈚磁流量(liang)計輸入(rù)輸出通(tōng)路的影(ying)響,當幹(gan)擾噪🆚聲(sheng)通過三(san)💞總線等(děng)作⛹🏻♀️用到(dao)微處理(li)♋器本身(shen),CPU将不能(néng)按正常(cháng)狀态執(zhí)行程序(xu),導緻智(zhì)能電磁(cí)流量計(jì)整個工(gōng)作混亂(luàn),爲了提(ti)高微🐪處(chù)理器自(zì)身的抗(kàng)幹擾能(neng)力采用(yòng)硬件和(he)軟件相(xiang)配🌏合的(de)多種抗(kàng)幹擾措(cuo)施。多種(zhong)複位方(fāng)式解決(jué)失控的(de)CPU最簡單(dan)的方法(fǎ),掉電保(bao)😍護技術(shù),軟件指(zhi)令冗餘(yú)措施,軟(ruǎn)件陷阱(jǐng)抗幹擾(rǎo)方法也(yě)是排除(chú)智能電(diàn)磁流量(liàng)計㊙️微處(chù)理器失(shī)控的有(you)效方💞法(fǎ)。
4.5程序運(yùn)行監視(shì)系統(WATCHDOG)
智(zhì)能電磁(cí)流量計(ji)采用程(cheng)序運行(hang)監視系(xì)統以監(jian)視微處(chu)理器執(zhi)行應用(yòng)程序的(de)狀況,當(dang)程序正(zhèng)彈到一(yi)個臨時(shi)構成的(de)死循環(huan)中時看(kàn)門狗能(neng)及時發(fā)并強迫(pò)系統複(fú)位,擺脫(tuo)死循環(huan)狀态,圖(tu)3所示是(shì)由硬件(jiàn)和軟件(jian)配合構(gou)成的程(chéng)序運行(hang)監視器(qì)。
5結束語(yǔ)
智能電(dian)磁流量(liang)計多種(zhong)抗幹擾(rǎo)技術的(de)采用,使(shi)電磁⛷️流(liu)量計抗(kàng)幹擾能(neng)力增強(qiáng),精度和(hé)可靠性(xing)提高,不(bu)僅實現(xian)❄️了電😘磁(ci)流量計(ji)小型輕(qīng)量一體(ti)化智能(néng)化,而且(qiě)推動了(le)電磁流(liú)量計的(de)廣泛應(yīng)🏃🏻♂️用,開拓(tuo)了電磁(cí)流量計(ji)的潛在(zài)市場。
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