汙水流量計生產廠家的抗幹（gàn）擾措施及其效果分析
點擊次數：2084 發布時（shí）間：2020-08-08 13:09:57
摘要：為了抑製和（hé）排除汙水流量計生產（chǎn）廠（chǎng）家測量過程中的幹擾，提高信噪比，提高測量的（de）精確度和穩定（dìng）性，討論（lùn）了（le）汙水流量計生產廠家幾類幹擾噪（zào）聲（shēng）產生的（de）物理機理和特征（zhēng），簡要闡述了汙水流量計生產廠家的幾種（zhǒng）硬件（jiàn）和軟件方麵的抗幹擾技術。硬件方麵設計了高精度低功耗的矩形波激磁電路，並從激磁電路中引出A/D轉換器的參考電壓，提高（gāo）了A/ D轉（zhuǎn）換結果的抗幹擾能力。軟件方麵（miàn）主要采用“計算斜率法”和“正負差值法”相結合（hé）的方法消除零點漂移。實驗表明，這些方法在智能汙水流量（liàng）計生產廠家的測量過程中取得了明顯的效果（guǒ）。
汙水流量計（jì）生產廠家是利用法拉*電磁感應（yīng）定律來測量導電液體的體積流（liú）量的儀（yí）表，具（jù）有很（hěn）多突出的（de）優點，例如（rú）：無可動部件，不會產生壓力損失和堵塞管道；測量（liàng）導（dǎo）電介質的流量，不受溫度、黏度、密度、壓力（lì）、雷諾數以及在一定範圍內電導率變化的影響；測量原理為線性，精度高，測量（liàng）範（fàn）圍大；耐（nài）腐蝕性（xìng）好並且可測量正反流速等等。但在實際測量中，幹擾信號與有用的（de）信號混（hún）在一起，它們不僅成分複雜，而且有時候幹擾信號還會比（bǐ）流量信（xìn）號大。在這種情況下怎樣抑製和排除這些幹擾，提高信噪比，提高測量的精（jīng）確度和穩定性就成了研製和使用汙水流量計生產廠家的一個技術關鍵。
以往的汙水流量計生產廠家的設計很多還有（yǒu）待改進，例如：激磁電路基本采用模擬式恒流源，功耗大的同（tóng）時也引入了幹擾，並且（qiě）精確度不（bú）高；轉換（huàn）器大多使用8位（wèi）或16位的單片機，較為複雜（zá）的算法就難以實現（xiàn）或響應時間過慢；抗幹擾主（zhǔ）要集中（zhōng）在硬件電路的設計等。本係統采用32位ARM處理器，提高數據處理（lǐ）能力和算法複雜（zá）度（dù）；並設計了低功耗的（de）激磁電路，同（tóng）時利用反饋原理消除激（jī）勵電流不穩定對A/D轉換結果的影響並（bìng）在（zài）軟件算法和硬件電（diàn）路方麵提出了有（yǒu）效的消除零點漂移以及其他幹擾的措施（shī），使（shǐ）汙水（shuǐ）流量計生（shēng）產廠家測量精度更為（wéi）提高。
1、汙水流量計生產廠家的測量原理
由法（fǎ）拉*電磁（cí）感應定律可知，當導體在磁場中做切割磁力線運動時，在導體兩端就產生感應電動勢。設在磁場強度（dù）為B的均勻磁場中放（fàng）置一個垂直於磁場方向的直徑為D的管道，當導電液體在管道中流動時，導電液體切割磁力線，就會（huì）在和磁場及流動方向垂直的方向產生感應電動勢。如果在管道截（jié）麵上垂直於磁場的直徑兩端安（ān）裝（zhuāng）一對電*，兩電*之間就會產（chǎn）生感應電動勢。如管道內流速v為軸對（duì）稱分布，不考慮感應電動勢的正負可得：
其中，B為磁感應強度，A為磁通量變化麵積，D為導體（tǐ）長度，dl為被測介質運動的距（jù）離，v為被（bèi）測介（jiè）質（zhì）運動的速度，U為感應電動勢。
所測液體的體積流量為：
式（shì）（1）說明，導體在磁場內（nèi）作（zuò）切割（gē）磁力線運動，導體兩端產生的（de）感應電動勢的（de）大小與磁感應強度B成（chéng）正比，與（yǔ）導體的長度D成正比，與導體運動的速度v成（chéng）正比。由式（shì）（2）可知液體的體積流量與感（gǎn）應電動勢成正（zhèng）比，這就是汙水流量計生產廠家的設計原理。
2、汙水流量計生產廠家中的幹擾源分析
傳感器提供給轉換器的流量信號是電*間的電位差，即（jí）一種電壓信號。在實（shí）際測量中，由於電磁感應（yīng）、靜電感應以及電（diàn）化學電（diàn）勢等原因，電*上所得到（dào）的電壓不（bú）僅僅是與流速成比例的電動勢，也包含各種各（gè）樣的（de）幹（gàn）擾成（chéng）分在內。
*先汙水流量計生產廠家工作現場存在大量的工頻信號，耦合在激磁回路、電*、前端放大器（qì）的工頻幹擾噪聲對流量（liàng）測量的準確（què）性造成*大的影（yǐng）響。其次，在低頻矩形波激磁方式下，其幹擾主要表現為由激磁（cí）電流突變產生的微分幹擾信號，隨著電流的穩定，幹擾（rǎo）信號隨之消失；另外，由於電（diàn）磁流量傳（chuán）感器的“變壓器效應”，會產生相位上與流量信號相差90°的正交幹擾信（xìn）號；此外，由於電磁屏（píng）蔽缺陷，接地不良，雜散電容等引起（qǐ）返回電流不平衡產生（shēng）共模幹擾，它可能導（dǎo）致電路某些參（cān）考電位變化，是造成汙水流量計生產廠家零點（diǎn）漂移的原因之（zhī）一，同時產生高的輻射電場使電路的電磁兼容性惡化；串模幹擾是由於印刷電路板設計電（diàn）磁兼容性考慮不足造（zào）成的信號質量下降，特別是高（gāo）速走線（xiàn）和模擬電路易（yì）受到影響；還有就是電化學*化電動勢幹擾，它是被（bèi）測液體中電解質在感（gǎn）應電場作（zuò）用（yòng）下在電（diàn）*表麵*化產生，是汙（wū）水流量計（jì）生產廠家零點漂（piāo）移的主要原因。
3、汙水流量計生產廠家的抗幹擾措施及其效果（guǒ）分析
3.1高精度的激磁電路的設計
該係統（tǒng）采用6.25Hz的雙*性低頻矩形波激磁，這種激磁方式不僅可以（yǐ）克服直（zhí）流激磁產生的電**化效應，也可以克服工頻正弦波激磁產生的正交幹擾影響。
以往的激磁電路的設計都是采用（yòng）恒流源和可控開關電路組成。恒流源是由電（diàn）壓基準、比較放大、控製調整和采（cǎi）樣等部分組成的直流負反饋自動調節係統（tǒng），常用的激磁電路就是（shì）用串聯調整型恒流（liú）電源盒控（kòng）製開關組成的，如圖1。其中Vref是（shì）參考電壓，Rs是采樣電阻，Is為流過Rs的電流，就是所需的恒流，RL為（wéi）電磁流量傳感器線圈，K1、K2、K3、K4為可控開關，以達到使線圈RL中流經正負交換的電流，對傳感器激磁。
由理想運算放大器“虛短”原理可知：
由此可知，要想獲得一個穩定的（de）輸出（chū）電流Is，*先，必須要提供一（yī）個高精度的基準電壓和高精度采樣電阻。由於運放在調整（zhěng）控製過程中的作用，運放的增益直接影（yǐng）響輸出電流的精度，高增益和低漂移的（de）運放是（shì）必要的選擇。由於采樣電（diàn）阻與負（fù）載串連，流過的電流通常比較大，因此局部溫度（dù）也會隨之上升，導致元器件溫度上升，恒流（liú）源（yuán）的溫（wēn）度穩定（dìng）性變壞，采樣電（diàn）阻Rs隨溫度或其他（tā）環境參數的變（biàn）化而改變，勢必影響Is的精度。其次，恒流電源的輸出電流全部流過調整管，因（yīn）此調整管上的（de）功耗也很大，必（bì）須選擇大功率的晶（jīng）體管，然而大功率晶體管需要較大的基*驅動電流，以滿足對運放有較高驅動能力的要求。再次（cì），雙*型三*管的漏電流和（hé）電（diàn）流放大係數對（duì）溫度比較敏感，溫度穩定性較差。還有，電壓電流變換器使用的負反饋閉（bì）環控製，電流（liú）穩定度與放大器（qì）放大倍數（shù）有直接關係（xì），在大功率電源裏基本（běn）上（shàng）是（shì）倒（dǎo）數關係。運放的溫（wēn）度漂移和失調對（duì）電路的精度和溫度穩定性有很大（dà）的影響。
為此，設（shè）計了一個新型的激磁電路，並將激勵電流反饋到A/D轉換（huàn）器，以消除激勵電流不穩定對A/D轉換結果的影響（xiǎng），如圖2。
其中+24V是由220V的交流電通過變壓、整流、濾波之後，輸入可調集成穩壓器（qì）LM317，通過高精度的滑動變阻器調節而得到（dào）的恒壓源。LM317保證1.5A輸出電流，典型線性調整率0.01%，典型負載調整率0.1%，80dB紋波抑製比，輸出短路保護，過（guò）流、過（guò）熱保護，調（diào）整管安全工作（zuò）區保護。係統的微控製器采用ARM7芯片（piàn）STR710，通過它的I/O端口控製圖2中的（de）P2.8和P2.9，ARM7芯片STR710進行控製，使端口P2輸出正負24V交變的矩形波，從而對傳感器激（jī）磁。另外，Vref（+）接（jiē）該係統（tǒng）A/D轉換器（qì）的參考輸入端VREF（+）。
整個電路的（de）工（gōng）作過程為：當P2.9為高電平時，Q1、Q2、Q3、Q4導通，此時Q5的基*電流為零，Q5截止，此時P2的端口2輸出+24V的電壓。此時P2.8為低電平，Q6、Q7、Q8、Q9，此時有電流流經（jīng）Q10基*，並使其基*和發射級導（dǎo）通（tōng），Q10的功能相當於一個二*管的作用，此時P1端口沒有電壓輸（shū）出。那麽，A/D轉換器的參考輸入端Vref（+）為：
其中，Vp2是P2端口輸出電壓幅值的絕對值，此處應（yīng）該是+24V。整個電路是對稱的，且R15=R20，當P2.9為低電平，P2.8為高（gāo）電（diàn）平時（shí），P2的端口2無電壓輸出，端口1輸出+24V的電壓，Vref（+）值不變，如此（cǐ）周而複（fù）始輸出頻（pín）率為6.25Hz的的雙*性矩形波。用（yòng）Multisim仿真結果如圖3所（suǒ）示。
此外，把（bǎ）Vref（+）作（zuò）為A/D轉換器的參考輸入，可以大大提高係統的溫度穩定性。A/D轉換（huàn）的結果可表示為：
其中，Vin為經放大、濾波處理過（guò）的電壓信（xìn）號，也是A/D轉換器的（de）輸入信號，Vout為傳感（gǎn）器輸出的原（yuán）始流（liú）量信號，K0為信號放大倍數。
由公式（1）可知：
通電螺線管線圈產生的磁場為：
其中，μ0為（wéi）真空（kōng）磁導率，N為傳感器線圈匝數，I為（wéi）流過線圈（quān）的電流，l為線圈的長度。
由圖2可知：
把式（7）、（8）、（9）帶入式（6）可得（dé）：
由式（11）、（12）可知在保證R21精度（dù）的前（qián）提下，A/D轉換的結果隻與液體（tǐ）的流速有關，不受電磁流量傳感（gǎn）器線圈電阻變化（huà）的（de）影響。該電路通過（guò）MCU控製三*管的通斷得到激磁信號，三（sān）*管的為電流（liú）控製元件，該電路實現（xiàn）了小電流控製大電壓，三（sān）*管的功耗低，電路的響應速度快，溫度穩定性好，抗幹擾能力（lì）強，對（duì）汙水流量計生產廠（chǎng）家整（zhěng）體精度的提高（gāo）起到了（le）決定性的作用。
3.2微分幹擾和工頻幹擾的消除
信號中往往同（tóng）時存在微分幹擾和工頻幹擾（rǎo）信（xìn）號，在（zài）信號處理電（diàn）路中的低通濾波（bō）往往很難將工頻幹擾完全濾出。本係統采（cǎi）用了同（tóng）步采樣和工頻補償技術（shù），以（yǐ）抑製流量信號電勢中混入工（gōng）頻（pín）幹擾和工頻（pín）電（diàn）源頻率波動產生工頻（pín）幹擾（rǎo），並（bìng）有效去除微分幹擾。同步采樣技術，采樣開始時間滯後激磁信（xìn）號1/4個周期，其采樣脈（mò）寬為工頻周期的偶數倍，消除微（wēi）分幹擾的同時使流量信號（hào）電勢中工頻幹擾平均值等於零，以消（xiāo）除工頻幹擾的影響；工頻電源的頻率波動補償是（shì）保證頻率的動（dòng）態波動中，激磁電源和采（cǎi）樣脈衝得以同步調整，真正（zhèng）實現同步采樣技術和（hé）同步激磁（cí）技術，同步A/D轉換，降低了微（wēi）分幹擾（rǎo）和工頻幹擾的影響。
3.3零點漂移消除
所謂零點漂移，就是當傳感器的輸入信號為零（líng）時，放大器的（de）輸出並不是零。零點漂移的信號會在各級放大的電路間傳遞，經過多級放大後，在輸出端成為較大（dà）的信號，由於傳感器輸出的有用信號較弱，零點（diǎn）漂（piāo）移就可能將有用信號淹沒，使電路無法正（zhèng）常工作。零點漂移可分為基線零點漂移和斜率零點漂移。對於零點漂（piāo）移的抑製，該係統采用軟硬件相結（jié）合的措施。硬件電路方麵，采用三運（yùn）放的差動電路輸入，實現對（duì）大內（nèi）阻的微弱信號采集，並有效抑製了（le）共模信號的引入。一級放大電路之後采用隔直（zhí）電容，濾除基線零點（diǎn）漂移，防止直流信號過大，超出（chū）A/D轉換的輸入範圍。
有時硬件的方法是不可能完全滿足係統的要求的，必須結合軟件的方法才能更好地達到係統的（de）要求，也（yě）就（jiù）是現在所說的軟件即是虛（xū）擬硬件。結合硬件采用軟件的（de）方法簡單易行，可以很好（hǎo）消除采集數（shù）據中的零點漂移，並且其成本比用硬件的方法低，改進軟件的算法（fǎ）可以方（fāng）便實（shí）現對係統的改進。對於該係統的零點漂移，采用“計算斜（xié）率法”和“正負差值法”相（xiàng）結（jié）合的（de）方法可以很有效地（dì）消除基線零點漂移和斜率零點漂（piāo）移對汙水（shuǐ）流量計生產廠家精度的影響。
圖4為（wéi）經過信號處理和同步采樣後的信號，同時存在基線零點漂移和斜（xié）率零點（diǎn）漂移。斜率零點（diǎn）漂移則多見於（yú）積（jī）分係統，隨著時（shí）間的推（tuī）移，積分（fèn）器的零（líng）點可能會出現**間（jiān）累加漂移。此外，外界的環境溫度的（de）變化也（yě）是斜率零點漂移產生的重要原因。
鑒於斜率零點漂移產生的機理，可以在標定的（de）時候（hòu）確定零點漂移的斜率K。也就是在管道（dào）液體靜止不（bú）動流量（liàng）為零的時候對（duì）輸出信號進行采（cǎi）樣，設從時間t1進行采（cǎi）樣，采樣曆時Δt，經過一（yī）段時間後又從t2開始采樣，曆時Δt後采樣結束。分（fèn）別得到兩組離散的信號x1到xn和x1到xn，分（fèn）別除去*大值、*小值後對剩下（n-2）個值進行平均（jun1），得：
那麽（me）斜率零點漂移的（de）斜率為：
對於基線零點漂移，“正負差值法”是（shì）比較有效便捷的選擇（zé），它不需（xū）要直接消（xiāo）除信號中的基線零點漂移，而是通過算法上去掉基線零點漂移對（duì）測量結果的影響。該（gāi）係統中，激磁信（xìn）號（hào）的頻率為6.25Hz，由於所測量的液體流速不會有明顯的突變，所以在信（xìn）號（hào）的一個周期0.16s內，可以采用一個（gè）波峰減去（qù）波穀的均值來表示（shì）此時的流量信號，也即如圖3中|y4-y1|其中y4是從nT+T/4到nT+T/2采樣結果的算術平均（jun1）值，y1是從到（n+1）T進行（háng）采樣結果的算術平均值。但是由（yóu）於斜率零點漂移的存在，會出現如圖3中|y3-y2|的誤差，所以需要利用式（shì）（15）的結果對該誤差進行修正，修正（zhèng）後的結果（guǒ）也就是此時管（guǎn）道（dào）中液（yè）體感應（yīng）出的（de）電動勢為：
對於式（16）結果（guǒ），去除了工頻（pín）幹擾、微分幹擾、零點（diǎn）漂移的影響，大大提高了汙水（shuǐ）流量計生產廠家的測量（liàng）精度。
3.4其（qí）他去除幹擾的措施
對（duì）於由電磁流量傳感（gǎn）器的“變壓器效應”所產生的正交幹擾，采（cǎi）用“變送器（qì）調零法（fǎ）”來消除（chú），這個方（fāng）法既方便又（yòu）實用。
軟件設（shè）計方麵，采（cǎi）用了數字（zì）濾波技術，它能完成模擬濾波不能完成的（de）功能，很容易剔出脈衝幹擾，消除數字電路毛刺，提高A/D轉換（huàn）的抗工頻（pín）幹擾能力以及輸入微處理器數（shù）字的可靠性。此外，還采用了掉（diào）電保護技術，軟件指令冗餘措施，軟件陷阱抗幹擾方法以及看門狗技術，這些措施的采用有效地排除了智能汙水流量計生（shēng）產廠家微處理器失控。
在PCB電路板製作上，采用數字地與模擬地分開走（zǒu）線並加粗，*後用0歐電阻單點相連。數字（zì）電源與（yǔ）模擬（nǐ）電源也分開供（gòng）電，合理加裝了去藕（ǒu）電容，並協調好不同類型IC的（de）點評匹配。數字信號和模擬信號分開走線（xiàn），有效防止了並行走（zǒu）線產生寄生電容和共生電容（róng）。選擇高性能的抗（kàng）幹擾芯片，這（zhè）是抗幹擾技術重要環節。
在汙（wū）水流量計生產廠家的安裝方麵，使傳感器的外殼應接地，並且將流量調節閥門放在流量計的下遊，垂（chuí）直安裝（若水平安裝的流量計應保（bǎo）證上遊10倍直徑，下遊5倍直徑的直管段），這樣（yàng）達到整流（liú）的目的，從而減小了（le）流速分布不均對測量精度的影響。減短信號傳送（sòng）電纜，否則由（yóu）電纜分布電容引起的負載效應就會增大測量誤差，也（yě）增加了信（xìn）號受到幹擾的可能。
4、結束語
智能（néng）汙水流量計生產廠家多（duō）種抗幹擾技術的采用，大大抑製和消除了幹擾信號對有（yǒu）用信號的（de）影響，增強了汙水流量計生產（chǎn）廠家的抗幹擾能力，經汙水流量計（jì）生產廠家製作樣機反（fǎn）複實驗證明，測（cè）量精度可達到0.5%，提高了以往測量的（de）精度和可靠性。
關於汙水流量計的安裝規範與安裝圖 關於汙水流量計的（de）工作原理及組成部分介紹 汙水流量計的適用（yòng）範圍特（tè）點及如何選型 汙水（shuǐ）流量計公稱通徑（jìng）與流量範圍對照圖 汙水流量計電（diàn）*與襯裏材料選型對照表 汙（wū）水流量計的外形和安（ān）裝尺（chǐ）寸圖示與對照表 汙水流量計的故障檢查（chá）與分析匯總 分體式與一（yī）體式汙水流量計如何接線圖解 汙水流量計顯示波動大的原因分析 關於（yú）城市生活汙（wū）水與工業（yè）廢水的流量設計分析 用於測量各類汙水處理排水流量（liàng）計種類以及選型 智能（néng）汙（wū）水處理排（pái）水流量計優缺點及產生誤差（chà）的原因分析 智能汙水管道排水計量表好與壞有哪7個重要的檢查要領 影（yǐng）響dn250汙水流量計精度的因素有哪三個方麵 明（míng）渠分（fèn）體（tǐ）式汙水流量計在供水流量測量中的縮頸變徑運用分析 dn25汙（wū）水管道流量計在自控儀表係統中的防幹擾策（cè）略 如何測量dn25汙水流量（liàng）計電*與所測液體介質接觸電阻值 影響漿液型（xíng）dn25汙水流量（liàng）計廠家測量因素及解（jiě）決辦法 dn25汙水專用流量計的特點（diǎn）及與（yǔ）自（zì）來水電（diàn）磁（cí）水表的（de）區別（bié） dn250汙水流量計的結構原理與安裝注意事項及運行維護（hù） 一體型管道汙水流量（liàng）計在熱鉀堿溶液測量中的安裝與使用 造紙廠汙水流量計的內襯如何（hé）選擇及對於內襯（chèn）的加工工藝介（jiè）紹 造紙廠（chǎng）汙水排放（fàng）計量表廠家指導分體式傳感器檢定校準方（fāng）法 造（zào）紙廠汙水排放計量表監（jiān）測數（shù）據（jù）有效性判別技術研究（jiū） 關於國產紡織汙水流量計價格產業如何（hé）提升研（yán）發短板的思路 紡織汙（wū）水流量計（jì）價格（gé）在（zài）安裝與使用過程中不（bú）當操作導致的 正確處理紡織汙水流量計測量過程中液體均勻混合問（wèn） dn65汙水流量計勵磁係統硬件（jiàn）研製 智能型（xíng）電磁汙水流量計和超聲流量（liàng）計在汙水處理廠的（de）應用 關於幾種常用的（de）生活汙水流量計價格的性（xìng）能比較
汙水流量計（jì）生產廠家是利用法拉*電磁感應（yīng）定律來測量導電液體的體積流（liú）量的儀（yí）表，具（jù）有很（hěn）多突出的（de）優點，例如（rú）：無可動部件，不會產生壓力損失和堵塞管道；測量（liàng）導（dǎo）電介質的流量，不受溫度、黏度、密度、壓力（lì）、雷諾數以及在一定範圍內電導率變化的影響；測量原理為線性，精度高，測量（liàng）範（fàn）圍大；耐（nài）腐蝕性（xìng）好並且可測量正反流速等等。但在實際測量中，幹擾信號與有用的（de）信號混（hún）在一起，它們不僅成分複雜，而且有時候幹擾信號還會比（bǐ）流量信（xìn）號大。在這種情況下怎樣抑製和排除這些幹擾，提高信噪比，提高測量的精（jīng）確度和穩定性就成了研製和使用汙水流量計生產廠家的一個技術關鍵。
以往的汙水流量計生產廠家的設計很多還有（yǒu）待改進，例如：激磁電路基本采用模擬式恒流源，功耗大的同（tóng）時也引入了幹擾，並且（qiě）精確度不（bú）高；轉換（huàn）器大多使用8位（wèi）或16位的單片機，較為複雜（zá）的算法就難以實現（xiàn）或響應時間過慢；抗幹擾主（zhǔ）要集中（zhōng）在硬件電路的設計等。本係統采用32位ARM處理器，提高數據處理（lǐ）能力和算法複雜（zá）度（dù）；並設計了低功耗的（de）激磁電路，同（tóng）時利用反饋原理消除激（jī）勵電流不穩定對A/D轉換結果的影響並（bìng）在（zài）軟件算法和硬件電（diàn）路方麵提出了有（yǒu）效的消除零點漂移以及其他幹擾的措施（shī），使（shǐ）汙水（shuǐ）流量計生（shēng）產廠家測量精度更為（wéi）提高。
1、汙水流量計生產廠家的測量原理
由法（fǎ）拉*電磁（cí）感應定律可知，當導體在磁場中做切割磁力線運動時，在導體兩端就產生感應電動勢。設在磁場強度（dù）為B的均勻磁場中放（fàng）置一個垂直於磁場方向的直徑為D的管道，當導電液體在管道中流動時，導電液體切割磁力線，就會（huì）在和磁場及流動方向垂直的方向產生感應電動勢。如果在管道截（jié）麵上垂直於磁場的直徑兩端安（ān）裝（zhuāng）一對電*，兩電*之間就會產（chǎn）生感應電動勢。如管道內流速v為軸對（duì）稱分布，不考慮感應電動勢的正負可得：
其中，B為磁感應強度，A為磁通量變化麵積，D為導體（tǐ）長度，dl為被測介質運動的距（jù）離，v為被（bèi）測介（jiè）質（zhì）運動的速度，U為感應電動勢。
所測液體的體積流量為：
式（shì）（1）說明，導體在磁場內（nèi）作（zuò）切割（gē）磁力線運動，導體兩端產生的（de）感應電動勢的（de）大小與磁感應強度B成（chéng）正比，與（yǔ）導體的長度D成正比，與導體運動的速度v成（chéng）正比。由式（shì）（2）可知液體的體積流量與感（gǎn）應電動勢成正（zhèng）比，這就是汙水流量計生產廠家的設計原理。
2、汙水流量計生產廠家中的幹擾源分析
傳感器提供給轉換器的流量信號是電*間的電位差，即（jí）一種電壓信號。在實（shí）際測量中，由於電磁感應（yīng）、靜電感應以及電（diàn）化學電（diàn）勢等原因，電*上所得到（dào）的電壓不（bú）僅僅是與流速成比例的電動勢，也包含各種各（gè）樣的（de）幹（gàn）擾成（chéng）分在內。
*先汙水流量計生產廠家工作現場存在大量的工頻信號，耦合在激磁回路、電*、前端放大器（qì）的工頻幹擾噪聲對流量（liàng）測量的準確（què）性造成*大的影（yǐng）響。其次，在低頻矩形波激磁方式下，其幹擾主要表現為由激磁（cí）電流突變產生的微分幹擾信號，隨著電流的穩定，幹擾（rǎo）信號隨之消失；另外，由於電（diàn）磁流量傳（chuán）感器的“變壓器效應”，會產生相位上與流量信號相差90°的正交幹擾信（xìn）號；此外，由於電磁屏（píng）蔽缺陷，接地不良，雜散電容等引起（qǐ）返回電流不平衡產生（shēng）共模幹擾，它可能導（dǎo）致電路某些參（cān）考電位變化，是造成汙水流量計生產廠家零點（diǎn）漂移的原因之（zhī）一，同時產生高的輻射電場使電路的電磁兼容性惡化；串模幹擾是由於印刷電路板設計電（diàn）磁兼容性考慮不足造（zào）成的信號質量下降，特別是高（gāo）速走線（xiàn）和模擬電路易（yì）受到影響；還有就是電化學*化電動勢幹擾，它是被（bèi）測液體中電解質在感（gǎn）應電場作（zuò）用（yòng）下在電（diàn）*表麵*化產生，是汙（wū）水流量計（jì）生產廠家零點漂（piāo）移的主要原因。
3、汙水流量計生產廠家的抗幹擾措施及其效果（guǒ）分析
3.1高精度的激磁電路的設計
該係統（tǒng）采用6.25Hz的雙*性低頻矩形波激磁，這種激磁方式不僅可以（yǐ）克服直（zhí）流激磁產生的電**化效應，也可以克服工頻正弦波激磁產生的正交幹擾影響。
以往的激磁電路的設計都是采用（yòng）恒流源和可控開關電路組成。恒流源是由電（diàn）壓基準、比較放大、控製調整和采（cǎi）樣等部分組成的直流負反饋自動調節係統（tǒng），常用的激磁電路就是（shì）用串聯調整型恒流（liú）電源盒控（kòng）製開關組成的，如圖1。其中Vref是（shì）參考電壓，Rs是采樣電阻，Is為流過Rs的電流，就是所需的恒流，RL為（wéi）電磁流量傳感器線圈，K1、K2、K3、K4為可控開關，以達到使線圈RL中流經正負交換的電流，對傳感器激磁。
由理想運算放大器“虛短”原理可知：
由此可知，要想獲得一個穩定的（de）輸出（chū）電流Is，*先，必須要提供一（yī）個高精度的基準電壓和高精度采樣電阻。由於運放在調整（zhěng）控製過程中的作用，運放的增益直接影（yǐng）響輸出電流的精度，高增益和低漂移的（de）運放是（shì）必要的選擇。由於采樣電（diàn）阻與負（fù）載串連，流過的電流通常比較大，因此局部溫度（dù）也會隨之上升，導致元器件溫度上升，恒流（liú）源（yuán）的溫（wēn）度穩定（dìng）性變壞，采樣電（diàn）阻Rs隨溫度或其他（tā）環境參數的變（biàn）化而改變，勢必影響Is的精度。其次，恒流電源的輸出電流全部流過調整管，因（yīn）此調整管上的（de）功耗也很大，必（bì）須選擇大功率的晶（jīng）體管，然而大功率晶體管需要較大的基*驅動電流，以滿足對運放有較高驅動能力的要求。再次（cì），雙*型三*管的漏電流和（hé）電（diàn）流放大係數對（duì）溫度比較敏感，溫度穩定性較差。還有，電壓電流變換器使用的負反饋閉（bì）環控製，電流（liú）穩定度與放大器（qì）放大倍數（shù）有直接關係（xì），在大功率電源裏基本（běn）上（shàng）是（shì）倒（dǎo）數關係。運放的溫（wēn）度漂移和失調對（duì）電路的精度和溫度穩定性有很大（dà）的影響。
為此，設（shè）計了一個新型的激磁電路，並將激勵電流反饋到A/D轉換（huàn）器，以消除激勵電流不穩定對A/D轉換結果的影響（xiǎng），如圖2。
其中+24V是由220V的交流電通過變壓、整流、濾波之後，輸入可調集成穩壓器（qì）LM317，通過高精度的滑動變阻器調節而得到（dào）的恒壓源。LM317保證1.5A輸出電流，典型線性調整率0.01%，典型負載調整率0.1%，80dB紋波抑製比，輸出短路保護，過（guò）流、過（guò）熱保護，調（diào）整管安全工作（zuò）區保護。係統的微控製器采用ARM7芯片（piàn）STR710，通過它的I/O端口控製圖2中的（de）P2.8和P2.9，ARM7芯片STR710進行控製，使端口P2輸出正負24V交變的矩形波，從而對傳感器激（jī）磁。另外，Vref（+）接（jiē）該係統（tǒng）A/D轉換器（qì）的參考輸入端VREF（+）。
整個電路的（de）工（gōng）作過程為：當P2.9為高電平時，Q1、Q2、Q3、Q4導通，此時Q5的基*電流為零，Q5截止，此時P2的端口2輸出+24V的電壓。此時P2.8為低電平，Q6、Q7、Q8、Q9，此時有電流流經（jīng）Q10基*，並使其基*和發射級導（dǎo）通（tōng），Q10的功能相當於一個二*管的作用，此時P1端口沒有電壓輸（shū）出。那麽，A/D轉換器的參考輸入端Vref（+）為：
其中，Vp2是P2端口輸出電壓幅值的絕對值，此處應（yīng）該是+24V。整個電路是對稱的，且R15=R20，當P2.9為低電平，P2.8為高（gāo）電（diàn）平時（shí），P2的端口2無電壓輸出，端口1輸出+24V的電壓，Vref（+）值不變，如此（cǐ）周而複（fù）始輸出頻（pín）率為6.25Hz的的雙*性矩形波。用（yòng）Multisim仿真結果如圖3所（suǒ）示。
此外，把（bǎ）Vref（+）作（zuò）為A/D轉換器的參考輸入，可以大大提高係統的溫度穩定性。A/D轉換（huàn）的結果可表示為：
其中，Vin為經放大、濾波處理過（guò）的電壓信（xìn）號，也是A/D轉換器的（de）輸入信號，Vout為傳感（gǎn）器輸出的原（yuán）始流（liú）量信號，K0為信號放大倍數。
由公式（1）可知：
通電螺線管線圈產生的磁場為：
其中，μ0為（wéi）真空（kōng）磁導率，N為傳感器線圈匝數，I為（wéi）流過線圈（quān）的電流，l為線圈的長度。
由圖2可知：
把式（7）、（8）、（9）帶入式（6）可得（dé）：
由式（11）、（12）可知在保證R21精度（dù）的前（qián）提下，A/D轉換的結果隻與液體（tǐ）的流速有關，不受電磁流量傳感（gǎn）器線圈電阻變化（huà）的（de）影響。該電路通過（guò）MCU控製三*管的通斷得到激磁信號，三（sān）*管的為電流（liú）控製元件，該電路實現（xiàn）了小電流控製大電壓，三（sān）*管的功耗低，電路的響應速度快，溫度穩定性好，抗幹擾能力（lì）強，對（duì）汙水流量計生產廠（chǎng）家整（zhěng）體精度的提高（gāo）起到了（le）決定性的作用。
3.2微分幹擾和工頻幹擾的消除
信號中往往同（tóng）時存在微分幹擾和工頻幹擾（rǎo）信（xìn）號，在（zài）信號處理電（diàn）路中的低通濾波（bō）往往很難將工頻幹擾完全濾出。本係統采（cǎi）用了同（tóng）步采樣和工頻補償技術（shù），以（yǐ）抑製流量信號電勢中混入工（gōng）頻（pín）幹擾和工頻（pín）電（diàn）源頻率波動產生工頻（pín）幹擾（rǎo），並（bìng）有效去除微分幹擾。同步采樣技術，采樣開始時間滯後激磁信（xìn）號1/4個周期，其采樣脈（mò）寬為工頻周期的偶數倍，消除微（wēi）分幹擾的同時使流量信號（hào）電勢中工頻幹擾平均值等於零，以消（xiāo）除工頻幹擾的影響；工頻電源的頻率波動補償是（shì）保證頻率的動（dòng）態波動中，激磁電源和采（cǎi）樣脈衝得以同步調整，真正（zhèng）實現同步采樣技術和（hé）同步激磁（cí）技術，同步A/D轉換，降低了微（wēi）分幹擾（rǎo）和工頻幹擾的影響。
3.3零點漂移消除
所謂零點漂移，就是當傳感器的輸入信號為零（líng）時，放大器的（de）輸出並不是零。零點漂移的信號會在各級放大的電路間傳遞，經過多級放大後，在輸出端成為較大（dà）的信號，由於傳感器輸出的有用信號較弱，零點（diǎn）漂（piāo）移就可能將有用信號淹沒，使電路無法正（zhèng）常工作。零點漂移可分為基線零點漂移和斜率零點漂移。對於零點漂（piāo）移的抑製，該係統采用軟硬件相結（jié）合的措施。硬件電路方麵，采用三運（yùn）放的差動電路輸入，實現對（duì）大內（nèi）阻的微弱信號采集，並有效抑製了（le）共模信號的引入。一級放大電路之後采用隔直（zhí）電容，濾除基線零點（diǎn）漂移，防止直流信號過大，超出（chū）A/D轉換的輸入範圍。
有時硬件的方法是不可能完全滿足係統的要求的，必須結合軟件的方法才能更好地達到係統的（de）要求，也（yě）就（jiù）是現在所說的軟件即是虛（xū）擬硬件。結合硬件采用軟件的（de）方法簡單易行，可以很好（hǎo）消除采集數（shù）據中的零點漂移，並且其成本比用硬件的方法低，改進軟件的算法（fǎ）可以方（fāng）便實（shí）現對係統的改進。對於該係統的零點漂移，采用“計算斜（xié）率法”和“正負差值法”相（xiàng）結（jié）合的（de）方法可以很有效地（dì）消除基線零點漂移和斜率零點漂（piāo）移對汙水（shuǐ）流量計生產廠家精度的影響。
圖4為（wéi）經過信號處理和同步采樣後的信號，同時存在基線零點漂移和斜（xié）率零點（diǎn）漂移。斜率零點（diǎn）漂移則多見於（yú）積（jī）分係統，隨著時（shí）間的推（tuī）移，積分（fèn）器的零（líng）點可能會出現**間（jiān）累加漂移。此外，外界的環境溫度的（de）變化也（yě）是斜率零點漂移產生的重要原因。
鑒於斜率零點漂移產生的機理，可以在標定的（de）時候（hòu）確定零點漂移的斜率K。也就是在管道（dào）液體靜止不（bú）動流量（liàng）為零的時候對（duì）輸出信號進行采（cǎi）樣，設從時間t1進行采（cǎi）樣，采樣曆時Δt，經過一（yī）段時間後又從t2開始采樣，曆時Δt後采樣結束。分（fèn）別得到兩組離散的信號x1到xn和x1到xn，分（fèn）別除去*大值、*小值後對剩下（n-2）個值進行平均（jun1），得：
那麽（me）斜率零點漂移的（de）斜率為：
對於基線零點漂移，“正負差值法”是（shì）比較有效便捷的選擇（zé），它不需（xū）要直接消（xiāo）除信號中的基線零點漂移，而是通過算法上去掉基線零點漂移對（duì）測量結果的影響。該（gāi）係統中，激磁信（xìn）號（hào）的頻率為6.25Hz，由於所測量的液體流速不會有明顯的突變，所以在信（xìn）號（hào）的一個周期0.16s內，可以采用一個（gè）波峰減去（qù）波穀的均值來表示（shì）此時的流量信號，也即如圖3中|y4-y1|其中y4是從nT+T/4到nT+T/2采樣結果的算術平均（jun1）值，y1是從到（n+1）T進行（háng）采樣結果的算術平均值。但是由（yóu）於斜率零點漂移的存在，會出現如圖3中|y3-y2|的誤差，所以需要利用式（shì）（15）的結果對該誤差進行修正，修正（zhèng）後的結果（guǒ）也就是此時管（guǎn）道（dào）中液（yè）體感應（yīng）出的（de）電動勢為：
對於式（16）結果（guǒ），去除了工頻（pín）幹擾、微分幹擾、零點（diǎn）漂移的影響，大大提高了汙水（shuǐ）流量計生產廠家的測量（liàng）精度。
3.4其（qí）他去除幹擾的措施
對（duì）於由電磁流量傳感（gǎn）器的“變壓器效應”所產生的正交幹擾，采（cǎi）用“變送器（qì）調零法（fǎ）”來消除（chú），這個方（fāng）法既方便又（yòu）實用。
軟件設（shè）計方麵，采（cǎi）用了數字（zì）濾波技術，它能完成模擬濾波不能完成的（de）功能，很容易剔出脈衝幹擾，消除數字電路毛刺，提高A/D轉換（huàn）的抗工頻（pín）幹擾能力以及輸入微處理器數（shù）字的可靠性。此外，還采用了掉（diào）電保護技術，軟件指令冗餘措施，軟件陷阱抗幹擾方法以及看門狗技術，這些措施的采用有效地排除了智能汙水流量計生（shēng）產廠家微處理器失控。
在PCB電路板製作上，采用數字地與模擬地分開走（zǒu）線並加粗，*後用0歐電阻單點相連。數字（zì）電源與（yǔ）模擬（nǐ）電源也分開供（gòng）電，合理加裝了去藕（ǒu）電容，並協調好不同類型IC的（de）點評匹配。數字信號和模擬信號分開走線（xiàn），有效防止了並行走（zǒu）線產生寄生電容和共生電容（róng）。選擇高性能的抗（kàng）幹擾芯片，這（zhè）是抗幹擾技術重要環節。
在汙（wū）水流量計生產廠家的安裝方麵，使傳感器的外殼應接地，並且將流量調節閥門放在流量計的下遊，垂（chuí）直安裝（若水平安裝的流量計應保（bǎo）證上遊10倍直徑，下遊5倍直徑的直管段），這樣（yàng）達到整流（liú）的目的，從而減小了（le）流速分布不均對測量精度的影響。減短信號傳送（sòng）電纜，否則由（yóu）電纜分布電容引起的負載效應就會增大測量誤差，也（yě）增加了信（xìn）號受到幹擾的可能。
4、結束語
智能（néng）汙水流量計生產廠家多（duō）種抗幹擾技術的采用，大大抑製和消除了幹擾信號對有（yǒu）用信號的（de）影響，增強了汙水流量計生產（chǎn）廠家的抗幹擾能力，經汙水流量計（jì）生產廠家製作樣機反（fǎn）複實驗證明，測（cè）量精度可達到0.5%，提高了以往測量的（de）精度和可靠性。
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