降低（dī）製藥廠汙水流量計的外部電磁幹擾及電磁兼（jiān）容性分析

製藥廠汙水流量計的工作原理（lǐ）是基於法拉*的電磁感應原理，工業生產中的電力設（shè）施和電器設（shè）備又很（hěn）多，必然會對於製藥廠汙水流量計的電磁（cí）感應產生或多或少的影響，嚴重（chóng）的可會影響到（dào）製藥廠（chǎng）汙水流量計的準（zhǔn）確測量。根（gēn）據經驗總結，製藥廠汙水流量計的（de）幹擾源主要來自於工頻電磁幹擾、流體電化學幹擾噪聲和電源幹擾噪聲。目前製（zhì）藥廠汙水流量（liàng）計主（zhǔ）要采用低頻或雙頻矩（jǔ）形波勵磁技術、同步采樣技術、輸入保護、接地技術等來降低幹擾。實（shí）際應用表明，這（zhè）些技術有較好的抗（kàng）幹擾效果。有效地降低外部環境對於製藥廠汙水流量計的幹擾，對於保證流量計的穩定與精準的測（cè）量是（shì）一（yī）件非常重要的工作。本文就是介紹利用麵板及（jí）智能終端進行製藥廠汙水流量（liàng）計（jì）參數設置和組態的方法，以及提高製藥廠汙（wū）水流量（liàng）計的電（diàn）磁（cí）兼容性技術。
製藥廠汙水流（liú）量計的測量過程不受被測介質溫度、黏度、密度等因素影響，具有測量速度快、精度高、測量口徑寬（kuān）、輸出線性度好，與（yǔ）被測介質不（bú）接（jiē）觸，耐腐蝕、抗磨損，流體壓力損失（shī）小等優點，因而廣泛應用於造紙（zhǐ）廠紙（zhǐ）漿、助劑、水等（děng）流體的（de）測量。但是，製藥廠汙水流量計也有其不足，傳感器的輸出感應電動勢很小，容易受到外界電磁幹擾，如何提高製藥廠汙水流量計的電磁兼容性，使其能（néng）在惡劣的電磁環境正常（cháng）使用是製藥廠汙水流量計設計（jì）必須考慮的問題。文中以LD係列製藥廠汙水流量計為例（lì），結合編者的工程實（shí）踐，介紹有（yǒu）關製藥廠汙（wū）水流量計的使用並分（fèn）析其（qí）電磁兼容性(EMC)。
1、製（zhì）藥廠汙水流量計的工（gōng）作原理
製藥廠（chǎng）汙水（shuǐ）流量計的工作（zuò）以電磁感（gǎn）應定律為基（jī）礎，即當一個（gè）導體在電（diàn）磁場中運動，並且運動方向垂直於電磁場時就會產生感應電動勢，所產生的感（gǎn）應電動勢的方向垂直（zhí）於導（dǎo）體運動和電磁場運動的方向，感應電動（dòng）勢的大小與導體（tǐ）的運動速度和磁場的磁感應強度成正比。當導電流體以平均流速y(m／s)通過一根內徑（jìng）為D(m)的管子時，若管子內（nèi）存在一個磁感應強度為曰(T)的磁場（chǎng），那麽（me）就可產生一個垂直於磁場方向和流體（tǐ）流動方向的電動勢E：
E=DVB(V)(1)
容積流量Q為：
Q=,rrD2V／4(m’／s)(2)
將式(2)代入式(1)並處理（lǐ）得：
E=(4B／,rrO)×Q(V)(3)
如果君和D是常數，那麽從（cóng）式(3)可（kě）看出，E與Q成正比（bǐ）。電磁流量（liàng）轉換器把（bǎ）電動勢（shì）層放大並轉換成標準的4—20mA的信號或脈衝信號，作為對應的流量信號輸（shū）出。
2、製藥廠汙水流量計的參數設置方法及組態
流量計的參（cān）數設置(組態)有兩（liǎng）種方法，一是利用顯示麵（miàn）板（bǎn）上的按鍵，二是利用手持智能終端。
2.1使用麵板進行參數設定
ADMAGAE係列製藥（yào）廠汙水流量計麵（miàn）板上常（cháng）用的符號有：
(1)RED(紅)正常工作時不（bú）亮，有報警時閃爍；
(2)定義符定義符（fú）用冒號“：”，表示所顯示的數據正處（chù）於待設定狀態；
(3)單位顯示顯示流量單位；
(4)顯（xiǎn）示數據（jù）顯示流量數據、設定數據和報警的種類；
(5)小數點表示數據中的小數點；
(6)設定鍵這些鍵用來改變數據顯示和設定數據的類型。數據顯示類型共有3種：流量數據顯（xiǎn）示模式（shì）、設定（dìng）模式、報警（jǐng）顯示模式。
2.1.1流量（liàng）數據顯示（shì）模式，
流量數據顯示（shì）模式表示的是瞬時流量值和累積流量值，ADMAGAE可顯（xiǎn）示12種類型的流量數據。進入（rù）流量（liàng）顯示模式用“dl”參數來改變顯示項，詳細設定可參考流量計用戶手冊。
2.1.2設定模式
設定模式用來檢查（chá）參數內容和（hé）重寫數據。隻要按下“SET”鍵，可將該模式從正常的操作（zuò）模式中調出。
2.1.3報警（jǐng）顯示（shì）模式
當報警發生時，報警模式就會取代當前模式來顯示發生報（bào）警（jǐng）的類型，但是這種情況隻是發生在當前流量顯（xiǎn）示模式或設定模式（shì）中（zhōng）參數號被改變（biàn）時(當正在該部（bù）數據項時，不顯示報警)。
2.2　BT智能終端設（shè）定
具有智（zhì）能通信功能的儀表可與智能終端通信。橫河（hé）的智能終端有BTl00、BT200等型號，簡稱BT智能（néng）終端，它們采（cǎi）用BRAIN協議，將1個4-2mA、2.4kHz的調製信號迭加到4～20mA的（de）模擬信號上用作信號傳輸。由於調製信號是交流信號，所（suǒ）以迭加不（bú）會影（yǐng）響模擬信號的數值。
BT智能終端與流量計（jì）的連接有兩種方式：一是直接與流量計端蓋下麵的BT端子相連，這種（zhǒng）方式適用於現（xiàn）場調試或流量計不（bú）具備智能通信（xìn）功（gōng）能的（de）情況；二是與4—20mA直流信號線連接，BT智能終端可（kě）以連接在從控製櫃到流量計信號線的任何位置，*大距離（lí）可達2km，隻（zhī）要保證整個回路的負載電阻在250—750Q之間，就可以可靠地通信。這種方式操（cāo）作者不必去現場，在控製室就可對流量（liàng）計進行設置和在線監測（cè），是使用*多的一種（zhǒng）方式。BT智能（néng）終端采用菜單式操作，可以（yǐ）**顯示和修改（gǎi）製藥廠汙水流量計的各種（zhǒng）參（cān）數，其基本的操作有流量計自檢、量程調整、顯示方式設置、報（bào）警設置等。
2.3製藥廠汙水流量計（jì）數據設定與組態
製藥廠汙水流量計是根據與流體（tǐ）流速相對應的微小電動勢計算出體積流量（liàng）並輸出4～20mA的（de）信號。為保證獲得正確（què）的信號，必須設（shè）定通徑、流量量（liàng）程和儀表係數3個參數，這3個參數中，通（tōng）徑和儀表係數早在儀表出廠前就設定好的，因此用戶不能設定這兩個參數。用戶也可以在儀表出廠前將流量量程設定好（hǎo），這種設定隻有在用戶要求改變量程時才可進行重新設（shè）定。
3、電磁兼容性分析
製藥廠汙水流（liú）量計的工作以電磁感應定律為基礎，產生的正比於（yú）被測流量（liàng）的感應（yīng）電動勢通常很小，*易受到外界電磁幹擾，而它本身產生的電磁幹擾（rǎo）很小，因此製藥廠汙水流（liú）量計的（de）電磁兼容性主要體現在它如（rú）何在惡劣的（de）電磁環境下正常工作。在惡劣的（de）電磁環境下，電磁耦（ǒu）合靜電感應（yīng）是（shì）製藥廠汙水流量計（jì）幹擾噪（zào）聲的主（zhǔ）要來源；被測流體介質特性產生的電（diàn）化學幹擾噪聲是製藥廠（chǎng）汙水流量計幹擾噪聲的*二來源；製藥廠汙水流量計供電電源的電（diàn）壓和頻率波動等電源幹擾噪聲是製（zhì）藥廠汙水（shuǐ）流量計（jì）幹擾噪聲的*三來源。為滿足儀表的（de）EMC要求，智能製藥廠汙水流量計分別采用硬（yìng）件和軟件抗幹擾技術?，以提高製（zhì）藥（yào）廠汙水流量計抗幹（gàn）擾能力。
3.1工頻幹擾噪聲的特點及製藥廠汙水（shuǐ）流（liú）量計抗（kàng）幹擾技術工頻幹擾噪（zào）聲*先是由製藥（yào）廠汙水流量計勵磁繞組和（hé）流體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合形成，其二是電（diàn）磁流量汁工作現場的工頻共模幹擾，其三是供電電源引入的工頻串模幹擾等，其產生的物（wù）理機理（lǐ）均是電磁感應原（yuán）理。
製（zhì）藥廠汙（wū）水流量（liàng）計勵磁繞組和流（liú）體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合產生的工頻幹擾對製藥廠汙水流量計工作影響*大，而（ér）且在不同的（de）勵（lì）磁技術下其表（biǎo）現的形態、特（tè）性不（bú）同，因而采（cǎi）取抗幹擾措施也不同。在工頻正弦波勵磁磁場下，此種電磁耦合工頻幹擾噪聲表現形式為正交（jiāo）幹擾，又稱（chēng）為變壓器（qì）電勢，特點是幹擾噪聲幅（fú）值和工頻正弦波勵磁頻（pín）率成正比，相位滯後流量信號電勢90。，且（qiě）幅值較流（liú）量信號電勢大幾（jǐ）個數量級舊’。直流勵（lì）磁、低頻矩形（xíng）波勵磁及雙頻矩形波勵磁技術，可以基本消除正交幹擾的影響。
工頻（pín）共模幹擾和工頻（pín）串模幹擾（rǎo）這兩種常見的（de）幹（gàn）擾，主要是由於電（diàn）磁屏蔽缺陷，分（fèn）布電（diàn）容耦合，製藥廠（chǎng）汙水流量計接地不良等原因而產生，製藥（yào）廠汙水流量計采用輸（shū）人保護技（jì）術、高輸入阻抗、高共模（mó）抑製比自舉前（qián）置放大器技術以及重（chóng）複接地技術等提高抗工頻幹擾的能力。ADMAGAE係列（liè）製藥廠汙水流量計配有接地環，其作用是通過與液體接觸，建立液體接地，確保基準電（diàn）位與被測液體（tǐ）相同，並且保護流量計內襯（chèn）。
3.2電化學（xué）幹擾噪聲的特點及製藥廠汙水流量計抗幹擾技術
3.2.1電化學幹擾噪聲的特點
(1)電化學*化電勢幹擾（rǎo）是由於電*感生電動勢在兩**性不同（tóng）而導致（zhì）電解質在電*表麵*化產生。雖然采用正負交變勵磁磁場能顯著減弱*化電勢的數量級，但不能從根本（běn）上完全消（xiāo）除*化電勢幹擾。
(2)泥（ní）漿幹擾是在測量液固兩相導電性流體流（liú）量（liàng）時，固體顆粒（lì）或者氣泡擦過電*表麵（miàn）時，電（diàn）*表麵的接觸電化學電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出（chū）信號出現尖峰脈（mò）衝狀幹（gàn）擾噪聲。
(3)流（liú）體流（liú）動噪聲是在測量低導率液體(100IxS／cm以下（xià）)流量（liàng）時，電*的電（diàn）化學（xué）電勢定期波動，產生（shēng）隨流量增加而頻率增加的隨（suí）機幹擾噪聲（shēng），具有類似（sì）泥漿幹擾的1／f頻譜特性。
3.2.2製（zhì）藥廠汙水流量計抗電化學幹擾技術
製藥（yào）廠汙水流量計在提（tí）高抗（kàng）電化學幹擾能力方麵采（cǎi）取的措施主要是低頻（pín）矩形波勵磁和雙頻勵磁技術。低頻矩形波（bō）勵磁既具有直流勵磁技術不產生渦流效應、變壓器效應(正交幹擾)的（de）特點，又具有工頻正弦波勵磁基本不產生*化效應，便於放大信號處（chù）理，而能避免（miǎn）直（zhí）流放大器零點漂移、噪聲、穩定性等問題的產生，有較好的抗幹擾性能。
低頻矩形波勵磁雖然具（jù）有優（yōu）良的零點穩定性。但在測量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒（lì）的液固兩相導電性（xìng）流（liú）體流量時無法克服泥漿幹擾和流（liú）體（tǐ）噪聲幹擾。研究分析表明，泥漿幹擾和流動噪聲（shēng）具有1／f的頻（pín）譜特征。低頻時幅值大，高頻時幅值小，如果采用較高頻率的低頻矩形波勵磁則能大大降低泥漿幹擾的數量級。因此提高勵磁頻率（lǜ）有助於降低泥漿幹擾和流動噪聲，提（tí）高傳感器輸出信號的信噪比。綜上所述，要保證製藥廠汙水（shuǐ）流量計的零點穩定性，*好采用低頻矩形波勵磁；為了能較準確地測量液固兩相導電性流體和低導電率流（liú）體的（de）流（liú）量，又必須采用較高頻（pín）率的矩形波勵磁。采用圖1所示的雙頻矩形波勵磁的方法是*佳方案。
3.2.3雙頻矩形波勵磁（cí）工（gōng）作及（jí）抗幹擾原（yuán）理在製（zhì）藥（yào）廠（chǎng）汙水流量計測量管內形成（chéng）含有兩個頻率分量的電磁場：高頻勵（lì）磁分量不受液體（tǐ）幹擾（rǎo）的影響，而低（dī）頻勵磁分量則有著（zhe）*好的零點穩定性，根據高、低頻定時檢測到（dào）的各分量信號（hào）經過計算，便可得到流量信號。
雙頻矩形波勵磁測量原理如圖l所示，一個由（yóu）高低頻分量迭加而成的（de）電（diàn）磁場通過勵磁線圈被施加到被測液體中（zhōng），勵磁波形是在一個低頻矩形波上迭加一個高於市（shì）電頻（pín）率的矩形（xíng）波而得（dé）到的波形。在產（chǎn）生的電動勢中，低頻分量通過一個大時間常數的積分電路（lù）獲（huò）得一個零點穩定性好的平穩（wěn）流量信號。而由漿液或低電導率流體產生的低頻噪聲可被不受噪聲影響的高頻采樣電路所抑製，有著（zhe）同樣時間常數的流量信號（hào）經過（guò）一（yī）個差分（fèn）電路以（yǐ）確定流速（sù）信號的變化，把這兩種不同頻率采樣所得的信號結合起來可獲得一個穩定（dìng）流速信號，該信號不受噪（zào）聲幹擾，且有較高的零點穩定性。

3.3電源幹（gàn）擾噪聲特點及製藥廠汙水流量計抗幹擾技術

製藥廠汙水流量計（jì）一般都采用工頻（pín）交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的（de）變化都會給製藥廠汙水流量計帶來電源性幹擾噪聲。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩壓，一般而言電源電（diàn）壓的幅值變化對電磁流量（liàng）的測量（liàng）精度（dù）影響不大。當電源電壓的頻率波動時，雖然其波（bō）動範圍有限，但對製藥廠汙水流量計測量精度影（yǐng）響較大。為（wéi）了解決工頻幹擾（rǎo）問題，實現對流體流速感應電勢e柚信號的（de）準（zhǔn）確測量，需利用以下基本關係：①勵（lì）磁周期為工頻周期的整數倍，即勵磁頻率為50／nHz(n為偶數)；②正負勵磁下的同相位采（cǎi）樣（yàng）。圖2是對應（yīng）低（dī）頻矩形波勵（lì）磁形式（shì）下的典型電勢信號（hào）形式，按上述關係在一個勵磁周期下，若假設t。和（hé）t：點為工頻幹擾的等（děng）效幹擾點（diǎn），且采樣寬度T=T1=T2，則e –ab的基本算式為：，

式(4)從理論上說明（míng）製藥廠（chǎng）汙水流量計的工頻幹擾有可克服的途徑，即同步采樣技術，其方法是以同相位（wèi）(t1=t2)、同（tóng）寬度采（cǎi）樣(T1=T2=T)為前提的，采樣頻率（lǜ）要選為工頻周期的（de）整數（shù）倍（bèi）。這（zhè）樣即（jí）使混有幹擾信號，因其采樣時間為完整的工（gōng）頻周期，其平（píng）均值也為零，幹（gàn）擾電壓不起作用。
4、製藥廠（chǎng）汙水流量計選型
4.1製（zhì）藥廠汙水流量計選型的一般（bān）原則H1
(1)被測（cè）介（jiè）質是否為導電（diàn）液體或漿液，由此決（jué）定是否選（xuǎn）用製藥廠汙水流（liú）量計；
(2)被測介質的電導率（lǜ）決定製藥（yào）廠汙（wū）水流量計的類型——是高電導率還是（shì）低電導率；
(3)工藝要（yào）求的*大、*小和常用流量工藝管道的公稱通徑，決定介（jiè）質的流速是否處在較經濟的流（liú）速點上，管道是否需要（yào）變徑（jìng），*後確定（dìng）流量計的口徑；1
(4)以工藝管道的布置（zhì）情況，來確定采用一體型（xíng）還（hái）是分體（tǐ）型流量計，以及流量計的防護等級等；
(5)根據被測介質是否易結晶、結疤來選擇電*型式；
(6)根據（jù）被測介質（zhì）的（de）腐蝕性來選擇電*材料；
(7)被測介質的腐蝕性.磨損性及溫度來決定采用何種（zhǒng）襯裏材料；
(8)被測介質的（de）*高工作壓力決定（dìng）流（liú）量（liàng）計（jì）的公稱（chēng）壓力；
(9)工藝管道的絕緣（yuán）性決定接地環的型式。
4.2根據製藥廠汙水流量計勵（lì）磁方式的的特點選型（xíng）
(1)直流勵磁型
這種製藥廠汙水流量計數量很少，隻用於測量（liàng）液（yè）態金屬流量，如常溫下的汞和高溫下的液態鈉（nà）、鉀等。
(2)交流（liú）工頻勵磁型
較早期的製藥（yào）廠汙水流量計用50Hz工頻市電勵磁（cí），由於易受電（diàn）磁幹擾和零點漂移等原因，現已逐漸被低頻矩形勵磁所代替（tì）。但（dàn）在測量泥漿、礦漿等液固兩相流時，低頻矩形波勵磁方式不能克（kè）服固體擦過電*表麵產生的尖峰噪聲，而工頻交（jiāo）流勵磁（cí）的儀表則不存在這一缺點，所以國內外尚有一些製藥廠汙水流量計仍采用交流工頻勵磁方式。
(3)低頻矩形波勵磁型1.·
由於低頻矩形波勵磁方（fāng）式功耗小，零點穩定性好，所以（yǐ）它是目前製藥廠汙水流量計的主要勵磁方式。其波形有“正一負”二值和“正一（yī）零（líng）一負一零（líng）”三值兩種。有的製藥廠汙水流量計勵磁頻率可以（yǐ）由用戶設定，一般小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表（biǎo）用較低頻（pín）率。
(4)雙頻勵磁型
勵磁電流（liú）的波形是在低頻矩形（xíng）波上疊加高（gāo）頻矩形波，主（zhǔ）要為克服（fú）二值矩形波勵磁存在的漿液噪聲和流動（dòng）噪聲，提高儀表的穩定性和響應特性，因此廣泛用於製漿造紙及汙水處理等行業。
5、結（jié）束（shù）語（yǔ）
通過上麵分析可知，製藥廠汙水流量計具有測量精度高、速（sù）度快、使用方便，測量範圍廣、口徑寬等諸多優點，但同時也存在著測量輸（shū）出信號易受工頻電磁（cí）幹（gàn）擾，流體電（diàn）化（huà）學噪聲及電（diàn）源頻率（lǜ）變化影響的缺點。不同（tóng）勵磁方式的（de）製藥廠汙水流量計具有不（bú）同的抗幹擾技術（shù）和應（yīng）用範圍。正確了解各種勵磁（cí）技術的特點和（hé）不同製（zhì）藥廠汙水流量計的技術原理是正確使用（yòng）製藥廠汙水流量計的前提。

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