降低汙水廠進水管（guǎn）道流量計的外部幹擾及電磁兼容性分析

汙水廠進水管（guǎn）道（dào）流量計（jì）的測量過程不受（shòu）被測介質溫度、黏度、密度等因素（sù）影響，具有（yǒu）測量速度快、精度高、測量口徑寬、輸出線性度好，與（yǔ）被測介質不接觸，耐腐蝕、抗磨損，流體壓力損失小等優點，因而廣泛（fàn）應用於造紙廠（chǎng）紙漿、助劑、水等流體的測量。但是，汙水廠進水管道流量計也有其不足，傳（chuán）感器的輸出感（gǎn）應電動（dòng）勢很小，容易受到（dào）外界電磁幹擾，如何提高汙（wū）水廠（chǎng）進水管道流量計的電磁兼容性，使（shǐ）其（qí）能在惡劣的電（diàn）磁環境正常使用是汙水廠進水管道（dào）流量計設計必須考慮的問題。文中以LD係列汙水廠進水管道（dào）流量計為例（lì），結合編者的工程實踐，介紹有關（guān）汙水廠進水管道流量計的使用並分（fèn）析其電磁兼（jiān）容性(EMC)。
1、汙水廠（chǎng）進（jìn）水管道流量計的工（gōng）作原理
汙水廠進水（shuǐ）管道流量計的工作以電（diàn）磁感應定律（lǜ）為基礎，即（jí）當（dāng）一個導體在（zài）電磁場中運動，並且運動方向垂（chuí）直於電磁場時就會產生感應電動勢，所產生的感應電（diàn）動勢的方向垂直於導體運動和電磁場運動的方向，感應電（diàn）動勢的大小與導體的運動速度和磁（cí）場的磁感應強度成（chéng）正比（bǐ）。當導電流體以平均流速y(m／s)通過一根內（nèi）徑為（wéi）D(m)的管子時，若（ruò）管子內存在一個磁感應強度為（wéi）曰(T)的磁場，那麽就可產生一個垂直於磁場方向和流（liú）體流動方向的電動勢E：
E=DVB(V)(1)
容積（jī）流量Q為：
Q=,rrD2V／4(m’／s)(2)
將式(2)代入式(1)並（bìng）處理得：
E=(4B／,rrO)×Q(V)(3)
如果君和D是常數，那麽從式（shì）(3)可看出，E與Q成正比。電磁流量轉換器把（bǎ）電動勢層放大並轉換成標準的4—20mA的信號或（huò）脈衝信號，作為（wéi）對應的流量信號（hào）輸出。
2、汙水廠進水管道（dào）流量計的參數設置方（fāng）法及組態
流量計的參數設置(組態)有兩種方法，一是利用顯示麵板上的按鍵，二是利用手持智能終端。
2.1使（shǐ）用麵板進行參數設定
ADMAGAE係列汙（wū）水廠（chǎng）進水管道流量計麵板上常用的符（fú）號有：
(1)RED(紅)正常工作時不亮，有報警時閃（shǎn）爍；
(2)定（dìng）義符定義符用冒號“：”，表示（shì）所顯示的數據正處於待設定狀態；
(3)單位顯示顯示流量單位；
(4)顯示數據顯（xiǎn）示流量數據、設定數據和報警的（de）種類（lèi）；
(5)小數點表示數據中的（de）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（jù）顯示類型共有3種：流量（liàng）數據顯示模式、設（shè）定模式、報警顯示模式。
2.1.1流量數據顯示模式，
流（liú）量（liàng）數據顯（xiǎn）示模式表示的是瞬時流量值和累積流量值，ADMAGAE可顯示12種類型的流量數據。進入流量顯示模式用“dl”參數來改變顯示項，詳細設定可參考（kǎo）流量計（jì）用戶手冊。
2.1.2設定（dìng）模式
設定（dìng）模式用來（lái）檢（jiǎn）查參數（shù）內容和重寫數據。隻要按下“SET”鍵，可將（jiāng）該模式從正常的（de）操作模式中調出。
2.1.3報警顯示模式
當報警發生時，報警模式就會取（qǔ）代當前模（mó）式來顯示發生報（bào）警的（de）類型，但是這種情況隻是發生在當前流量（liàng）顯示模式（shì）或設定模式中參數號被改變時(當正在該部數據項時，不顯示報警)。
2.2　BT智能終端設（shè）定
具有智（zhì）能通（tōng）信功能的儀表可與智能終端通信。橫河的智能終（zhōng）端有BTl00、BT200等型號，簡稱BT智能終端，它們采用BRAIN協議，將1個4-2mA、2.4kHz的調製信號（hào）迭加到4～20mA的（de）模（mó）擬信號上用作信號傳輸。由於調製信號是交流信號（hào），所以迭加不會影響模（mó）擬信號的數值。
BT智能終端與流（liú）量計的連接有（yǒu）兩種方式：一是直接與流量計端蓋下麵的BT端（duān）子相連，這種方式適用於現場調試或流量（liàng）計不具備智能通信功能的情況；二是與4—20mA直流信號（hào）線連接，BT智能終端可（kě）以連（lián）接在（zài）從控製櫃到流量計（jì）信號（hào）線的（de）任何位置，*大距離可達2km，隻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。這種方式操作者不必（bì）去現場，在控製室就可（kě）對流量計進行設置和在線監測，是使用*多的（de）一種方式。BT智能終端采用菜單式操作，可以**顯示和修改汙水（shuǐ）廠進水（shuǐ）管道流量計的各種參數，其基本的操作有流量計（jì）自檢、量程調整、顯示方式設置、報警設置等。
2.3汙水廠進水管道流量計數據設定與組態
汙水廠進水管道流量計是根據與流體流速相（xiàng）對應的微小電動勢計算（suàn）出（chū）體積流量並輸出4～20mA的信號。為保證獲得正確的信號，必須設定通徑、流量量（liàng）程和儀表係數3個（gè）參數，這3個參數中，通徑和（hé）儀表係數早在儀表出廠前就設定好的，因此（cǐ）用戶不能（néng）設定這兩個（gè）參數。用戶也可以在儀表出廠前將流量量程設定好，這（zhè）種（zhǒng）設定隻有在用戶要求改變量程時才可進行重（chóng）新設定。
3、電磁兼容性分析
汙水廠進水（shuǐ）管道流量計（jì）的工作以（yǐ）電磁感應定（dìng）律（lǜ）為基礎，產生的正比於被測（cè）流量的感應電動勢（shì）通常很小，*易受到外界電磁幹擾，而它本身產生的電（diàn）磁幹擾很（hěn）小，因此汙水廠進（jìn）水管道流量計的電磁兼容性主要體現在它（tā）如何在（zài）惡（è）劣的電磁環境下正常工作（zuò）。在惡劣（liè）的電磁環（huán）境下，電磁耦（ǒu）合靜電（diàn）感應（yīng）是汙水廠進水管道流量計（jì）幹擾噪聲的主要來（lái）源；被測流體介（jiè）質（zhì）特性產生的電化學（xué）幹擾噪聲是汙水廠進水管（guǎn）道（dào）流量計幹擾噪聲（shēng）的*二（èr）來源；汙水廠進水管（guǎn）道流量（liàng）計（jì）供電電源的電壓和頻率波動等電源幹擾（rǎo）噪聲是汙水廠進水管（guǎn）道（dào）流量計幹擾噪聲的*三來源。為滿足儀表的EMC要（yào）求，智能汙水廠進水管道（dào）流量計（jì）分別采用硬件和軟件（jiàn）抗（kàng）幹擾技術?，以提高汙水廠進（jìn）水管（guǎn）道流（liú）量計抗幹擾能（néng）力。
3.1工頻幹擾噪聲的特點（diǎn）及汙水廠進水管道（dào）流量計抗幹擾技術工頻幹擾噪聲*先是由汙水廠進水（shuǐ）管道（dào）流量計勵磁繞組和流體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合（hé）形成，其二是電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（gàn）擾等，其產生的物理機（jī）理（lǐ）均是電磁感應原理。
汙水廠進水管道流量計勵磁繞組和流體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合產生的工頻（pín）幹擾對汙水廠進水管道（dào）流量計工作影（yǐng）響*大，而且在不同的勵磁（cí）技術下其表現的形態、特性不同，因而采取抗（kàng）幹擾措施也不同。在工頻正弦波勵磁磁場下，此（cǐ）種電磁耦合工頻幹擾（rǎo）噪聲表現形式為正交幹擾，又稱為變壓器電勢，特點是幹擾噪聲幅值和工頻正弦波勵磁頻率成正比，相位滯後流量信號電勢90。，且幅值較流量（liàng）信號（hào）電勢大幾個數量級（jí）舊’。直流勵磁、低（dī）頻（pín）矩形（xíng）波勵磁（cí）及雙頻矩（jǔ）形波勵磁技術，可以基本（běn）消除正交幹擾（rǎo）的影響。
工頻共模幹擾和工頻（pín）串模（mó）幹擾這兩種常見的幹擾，主要是由於電磁屏蔽缺陷（xiàn），分布電容耦合（hé），汙水廠進水管道流（liú）量計接地不良（liáng）等原因而產生，汙水廠進水管道流（liú）量（liàng）計采用輸人保護技術、高輸入阻（zǔ）抗、高共模抑（yì）製比自舉前置放大器技術以及重複接地技術等提高抗工頻幹擾的能力。ADMAGAE係列汙水廠進水管道流量（liàng）計配有接（jiē）地環，其作（zuò）用是通過與液體（tǐ）接觸，建立液體接地，確保基準電位與被測（cè）液體相同，並且保護流量計內襯（chèn）。
3.2電化學幹擾噪聲的特點及汙水廠（chǎng）進（jìn）水管道流量計抗幹擾技術
3.2.1電（diàn）化學幹擾噪聲的特點
(1)電化學*化電勢幹擾是由於電*感生電動勢在兩**性不同而導致電解質在電*表麵（miàn）*化產（chǎn）生。雖然采用正負交變（biàn）勵磁磁場能顯（xiǎn）著減弱*化電勢的數量級，但不能從根本上完全消除*化電勢幹擾。
(2)泥漿幹擾（rǎo）是（shì）在測量液固兩相導電性流體流量時，固體顆粒或者氣泡擦過電*表麵時，電*表麵的接觸電化（huà）學（xué）電勢突然變化，電磁流量傳感器輸（shū）出信號（hào）出（chū）現尖峰脈衝狀幹擾（rǎo）噪（zào）聲。
(3)流體流動噪聲是在測量低導率（lǜ）液體(100IxS／cm以下)流量（liàng）時，電*的電化學電勢定期波動，產生（shēng）隨流量增（zēng）加而（ér）頻率增加的隨機幹擾噪聲，具有類（lèi）似泥漿幹擾的1／f頻譜特（tè）性。
3.2.2汙水廠進（jìn）水管道流量計抗電化學幹（gàn）擾技術
汙水廠進水管道流量計在提高抗電化學幹擾（rǎo）能力方麵采取的措（cuò）施主要是（shì）低頻矩形波勵磁和雙頻勵磁技術。低頻矩形波勵磁既具有直流勵磁技術不產生渦流（liú）效應、變壓器效應(正交幹擾)的特（tè）點，又具有工（gōng）頻正弦波勵磁基本不產生*化（huà）效應，便於（yú）放大信號處理，而能避免（miǎn）直流放大器零點漂移、噪聲、穩定性等問題的產生（shēng），有較（jiào）好（hǎo）的抗幹擾性能。
低頻（pín）矩形波勵磁雖然具有優良的零點（diǎn）穩定性。但在測量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導（dǎo）電性流體流（liú）量時（shí）無法克服（fú）泥漿幹（gàn）擾和（hé）流體噪聲幹擾。研究分（fèn）析表明，泥漿（jiāng）幹擾和流（liú）動噪聲具有1／f的頻譜特征。低頻時幅值大，高頻時幅值小，如果采用較（jiào）高頻率的低頻矩（jǔ）形波勵磁則能大大降低泥漿幹擾的數量（liàng）級。因此提高勵磁頻率有助（zhù）於降低泥漿幹擾和流（liú）動噪聲，提高（gāo）傳感器輸出信（xìn）號的信噪比。綜上所述，要保證汙水廠進水管道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（yè）固（gù）兩（liǎng）相導電性流體和低導電率流（liú）體的流量，又必須采用較高頻率的矩形波勵磁。采用圖1所示的雙頻矩形波勵（lì）磁的方法是*佳方案（àn）。
3.2.3雙頻矩形波勵磁工作及抗幹擾原理在汙水廠進水（shuǐ）管道流量計測量管內形成含（hán）有兩個頻率分量的電磁場：高頻勵磁分量（liàng）不受液體幹擾的影響，而低頻勵磁分量則有著*好的零點穩定性，根據（jù）高、低頻定時檢測到（dào）的各分量信號（hào）經過計（jì）算，便可（kě）得到（dào）流量信號。
雙頻矩形波勵磁（cí）測量原（yuán）理如圖（tú）l所示，一個由（yóu）高低頻分量迭加而成的電磁場通過勵磁線圈被施加到被測液體中，勵磁波形是在一個低頻矩形波上（shàng）迭（dié）加一個高（gāo）於市電頻率的矩（jǔ）形波而得到的波形。在產生的電動勢中，低頻分量通過（guò）一個大（dà）時間常數的積分（fèn）電路獲得一個零點穩定性好的（de）平（píng）穩流量信（xìn）號。而由（yóu）漿液或低電導（dǎo）率流體產生的低頻噪聲可被不受噪聲影（yǐng）響的高頻（pín）采樣電路所抑製（zhì），有著同樣時間常數（shù）的流（liú）量信號經過一個差分電（diàn）路以確定（dìng）流（liú）速信號的變化，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流速信號，該信號不受噪聲幹擾，且有較高的零點穩（wěn）定性。

3.3電源幹擾噪聲特點及汙水廠進水管道（dào）流量計抗幹擾技術

汙水廠進水管道流量計一般都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的變化都會給汙水廠進水管道流量計帶來電源性幹擾（rǎo）噪（zào）聲（shēng）。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩壓，一般（bān）而言電源電壓的幅值（zhí）變（biàn）化對電磁流（liú）量（liàng）的測量精度影響不大。當電（diàn）源電壓的頻（pín）率波動時，雖然其波動範（fàn）圍有限，但對汙水廠進（jìn）水管道流量計測（cè）量精度影（yǐng）響較大。為了解決工頻幹擾問題，實（shí）現對流體流（liú）速感應電勢e柚信（xìn）號的（de）準（zhǔn）確測量，需利（lì）用以下基本關係：①勵磁周期為工頻周期的整數倍，即勵磁頻率為（wéi）50／nHz(n為偶數)；②正負（fù）勵磁下的同相位采樣。圖2是對應（yīng）低頻矩形波勵磁形式下的典型電勢信號形（xíng）式，按上述關係（xì）在一個勵磁周期下，若假設（shè）t。和t：點為工（gōng）頻幹擾的等效幹擾點，且采樣寬度T=T1=T2，則e –ab的基本（běn）算式為：，

式（shì）(4)從理（lǐ）論上說明汙水廠進水管道流量計的工頻幹擾（rǎo）有可克服的途（tú）徑（jìng），即同步采樣技術，其方法是以同相位(t1=t2)、同寬（kuān）度采樣(T1=T2=T)為前提的，采樣頻率要（yào）選為工（gōng）頻周期的整數倍。這（zhè）樣即使混有幹擾信號，因其采樣時間為完整的工頻周期（qī），其平（píng）均值也為零（líng），幹擾電壓不起作用。
4、汙水廠進水管道流量（liàng）計選型
4.1汙水廠進水管（guǎn）道流量計選型的一般原則H1
(1)被測介質是否為導電液體或（huò）漿液，由（yóu）此決定是（shì）否選用（yòng）汙（wū）水廠進水管道（dào）流量計；
(2)被（bèi）測介（jiè）質的電（diàn）導率（lǜ）決定汙水廠進水管道（dào）流量計的（de）類型——是高電導（dǎo）率（lǜ）還是（shì）低電導率（lǜ）；
(3)工藝（yì）要求的*大、*小和（hé）常用流量工藝管（guǎn）道（dào）的（de）公稱通（tōng）徑（jìng），決定介質的流速是否處在較（jiào）經濟的流速點上，管道是否需要變徑，*後確定流（liú）量計的口徑（jìng）；1
(4)以工藝管道（dào）的布置情況，來確定采用一體型還是分體型流量計，以及流量計（jì）的（de）防護等級等；
(5)根據被測介質是否易結晶（jīng）、結疤來選擇電*型式；
(6)根（gēn）據被測介質（zhì）的腐（fǔ）蝕性來（lái）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襯裏材料；
(8)被測介質的*高工作壓力決定流量計的公稱壓力；
(9)工藝管道的絕緣性決定（dìng）接地環的型（xíng）式。
4.2根據汙水廠（chǎng）進水（shuǐ）管道流量計勵（lì）磁方式的的特點選型
(1)直流勵磁型
這種汙水廠進水管道流量計數量很少，隻用於測量（liàng）液態金屬流量（liàng），如常溫（wēn）下的汞和（hé）高溫下的液態鈉、鉀等。
(2)交流工頻勵磁型（xíng）
較早期的汙水廠進（jìn）水管道流量計用50Hz工頻市電勵磁，由於易受電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。但在測量（liàng）泥漿、礦漿等液固兩相（xiàng）流時，低頻矩形波勵磁方式（shì）不能克服固（gù）體擦過電*表麵產生的尖峰（fēng）噪聲，而工頻交流勵磁的儀表則不存在這一（yī）缺點，所以國內外尚有（yǒu）一（yī）些汙水廠進水管道（dào）流量計仍采用交（jiāo）流工頻勵磁方式（shì）。
(3)低頻矩形波勵磁型1.·
由於低頻矩形（xíng）波勵磁方（fāng）式功耗小，零點穩（wěn）定性好，所以它是目前汙水廠進水管道流量計的（de）主要（yào）勵磁方式。其波形有“正（zhèng）一負（fù）”二值（zhí）和“正一零（líng）一負一零”三值（zhí）兩種。有（yǒu）的汙水廠進水管道流量計勵磁頻率可（kě）以由用戶設定，一般小口徑儀表用較（jiào）高頻率，大口徑儀表用較低頻率。
(4)雙（shuāng）頻勵磁型
勵磁電流的波形是在低頻矩形（xíng）波上疊加高（gāo）頻矩形波，主要為克服二值矩形波勵磁存在（zài）的漿液噪（zào）聲和流動噪聲，提高儀表的穩定性和響（xiǎng）應特性，因此廣泛用（yòng）於製（zhì）漿造紙及汙水處理等行業。
5、結束語
通過上麵分析可知，汙水廠進水（shuǐ）管道流量計具有（yǒu）測量精度高、速度（dù）快、使用方便，測量範（fàn）圍廣、口徑寬等諸多優點，但同時也存在著測量輸出信號易受工頻電磁（cí）幹擾，流體電化學噪聲及電源頻率變化影響的缺點。不同勵磁方式（shì）的汙水廠進水管道流量計具（jù）有不同的抗幹擾技術和應用範圍。正確了解各種勵磁技術的特點和不同汙水（shuǐ）廠進水管道流量（liàng）計的技術原理是正確（què）使用汙水廠進水管道流量計的前提。

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