高溫（wēn）電磁流量計的勵磁（cí）幹擾分（fèn）析與抗幹擾方法

摘要：根據高溫電磁流（liú）量計（jì）的測量原理，結合高溫電磁流量計實際應用中（zhōng）遇到的正交幹擾、微分幹擾、工頻幹擾等問題，分析幹擾產（chǎn）生的原因，提出采（cǎi）用同步（bù）采樣技術、采樣時（shí）間長度選擇、數字濾波技（jì）術等方法，從根本上對這些幹（gàn）擾信號進行抑製和消除，使（shǐ）高溫電磁流量計更適應（yīng）於（yú）現場應用。
1 低（dī）頻交流矩形波勵磁技術中幹擾的分析
1.1 正交（jiāo）幹擾與微分幹擾
傳感器就如同一個副邊隻有一匝的變壓器，由被測介質、電*、引出線和轉換器的輸（shū）入電（diàn）路所組成的閉合回路組成。當采用正弦交流勵磁時，將產生一個交變的磁場，電*上產生的電（diàn）勢為E=BmDvsin（ωt）。同時，因為這個閉（bì）合回路實（shí）際上不（bú）能與磁力線完全平行，總會有一部分磁力線穿（chuān）過該閉（bì）合回路，從而在（zài）回路內（nèi）產生一個幹擾電動（dòng）勢疊加在電*上，即高溫電磁流量計變壓器效應原理，其（qí）大小為：et=-dB/dt，對於正弦交流勵磁，B=Bmsin（ωt），則有：et=-Bmωcos（ωt）=-Bmωsin（ωt+90°）
比較流速信號E與幹擾信號et，頻率（lǜ）相同，相位相差90°。因（yīn）此，et為90°幹擾，又稱正交幹擾。對於低頻交流矩形波勵磁，則表現在由於勵磁電流突變而導致微分幹（gàn）擾（rǎo）信號的產生，幹擾信號會隨著電流（liú）的穩定而逐步（bù）消失。
根據以上分析，采用低頻交流矩形波勵磁，電*走線偏離將會產生微分幹擾以（yǐ）及由其衍生（shēng）的直流偏置。如（rú）圖2所示。兩個電*分（fèn）別通過（guò）引線引到傳感（gǎn）器上部與變送器（qì）相連，正麵電*走線如圖所示，有（yǒu）標準、偏1/3、偏2/3、完全偏離4種，背麵電*是標準走（zǒu）線。采用恒流500mA，5Hz交流矩形波勵磁，相應的電*信號如圖3所示。可以看出，隨著偏離的程度增加，微分幹擾和直流偏置同趨勢增加。

1.2 工頻幹擾
工頻（pín）幹擾是高溫電磁流量計常見的幹擾源（yuán）。當流量計處於電（diàn）源形（xíng）成電磁場中時（shí），由於分布電容的存在，以電（diàn）磁波的輻（fú）射形（xíng）式幹（gàn）擾電*信號，或者是由供電電源引入的工頻串擾，工作現場的工頻共模幹擾，其產生的物理機理均是電磁感應原理。幅度與流量（liàng）信號（hào）相比（bǐ），往往要大幾個數量級，頻率與供電電源（yuán）頻率相同。如圖4所示（shì），線（xiàn）圈驅動頻（pín）率為（wéi）5Hz的電*信號（hào），被耦合了50Hz的工頻幹擾，幅度大概相當於1feet/s。
1.3 泥漿幹擾和（hé）流動噪聲
泥漿（jiāng）幹擾是在測量泥漿、纖維漿等固液兩相導電性流體時，固體顆粒或者氣泡擦過電*表麵時，電*表麵的接觸電化學電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現尖峰脈（mò）衝狀幹擾噪聲。流體流動噪聲是在測（cè）量低（dī）導率流（liú）體時，電*的電化學電勢定期波（bō）動，產生隨流量增加而頻率增加的隨機幹擾噪（zào）聲，具有類似泥漿（jiāng）幹擾的（de）1/f頻譜特性，因（yīn）此提（tí）高勵磁頻率有助於降低流體流動噪聲的數量級，以提高電磁流量傳感器測（cè）*低導電率流體（tǐ）流（liú）量（liàng）的信噪比。
2 抗幹擾（rǎo）方法
2.1 同步采樣技術
對於低頻方波勵磁我們可以采用同步采樣技術進行。根（gēn）據線（xiàn）圈驅動給出的同步信號，對電*信號在指定時間（jiān）開（kāi）始取樣（yàng），取指定的時間長度。例如隻取電*信號*後的20％納（nà）入流量計算，這（zhè）樣就有效（xiào）避免了微分幹擾和建立穩定磁場需（xū）要一定時間的問題。
2.2 采樣時間長（zhǎng）度
采樣時間長度要取工頻周期的整（zhěng）數倍，這樣即使混有工頻幹擾信號，因其采樣時間長度為完整的工頻周期，其平均值也為零（líng），幹擾不起作用。
2.3 零點偏移與直流偏置
零（líng）點偏移是指（zhǐ）在流（liú）體流速為零時，電（diàn）*兩（liǎng）端（duān）依然有電（diàn）勢差。理論上此時應（yīng）該沒（méi）有電勢差，但由於電子部件的不對稱、傳感器製造不對稱等（děng）原因（yīn），造成此電勢差，這個值可以放在標定過程中去除。直流偏置是指（zhǐ）電*信號整體向上或向下偏移，不以0電平（píng）對稱（chēng），這是由於製造過（guò）程中線圈不對稱、電*走線不標準、共模幹擾、電（diàn）化學效應等因素造成。直流偏置（zhì）在采用了低頻交流矩形（xíng）波勵磁後，不（bú）影響流量計的測量。

2.4 數字濾波（bō）技術
限幅濾波法，根據經（jīng）驗判斷，確定兩次（cì）采樣允許的*大偏差值。每次采（cǎi）樣測到的（de）新值（zhí）與前一次值作比較，如果差值小於允許的*大偏差值則有效，否則無效，用前一次值代（dài）替。這樣就可以有效過濾現場幹擾、毛刺、過（guò）程流體顆粒撞擊電*引起的過程噪聲等幹擾。算術平均濾波法，連續取N個采樣值進行算術（shù）平均運算，N值較大時，信號平滑度較高，但靈敏度較低；N值（zhí）較小時（shí），信號平滑度較低，但靈敏度較高。
舉例，如圖5所示，線圈采用5Hz驅動時的0feet/s，3.1feet/s，5.9feet/s流（liú）速（sù）下的電（diàn）*信號，利（lì）用上（shàng）述方法對信號進行處理並計算流速。取每（měi）半波*後（hòu）的（de）20％納入流速計算，正半波與負半波相減即是流速。如3.1feet/s–（-2.8feet/s）=5.9feet/s，雖然有＋0.15 feet/s的直流偏置，但也不影響流速的計算。因線圈（quān）是（shì）5Hz驅動，半波的20％是20ms，正好（hǎo）是1個完整的工頻周期，這樣就（jiù）不受工（gōng）頻幹擾的影響。正半波與負半波相減，這樣就（jiù）避免了（le）直流偏置和共（gòng）模幹擾的影響。再加上在數字濾波過程中使用限幅濾波和算（suàn）數平均，保證（zhèng）了流量信號的有效提取。

4 接地
由於在電*上產生的（de）流量信號是μV級，流量計安裝地點附近經常有其他電器設備，環境複雜，容易受到附近（jìn）其他設備的影響，變送器必須可靠接地；流量計經常被安裝在室外，風吹日曬，溫濕度變化比較大，夏天容易受到雷電的衝擊，環境惡劣，接地可以減少損壞的風險（xiǎn）；為了保證測量的精度和穩定性，對於非金屬管道，傳感（gǎn）器的兩端必須采用接地環（huán）可靠接地，使進入傳感（gǎn）器的流體保證零電位。必須強調，流量計一定要單獨接地，因為若與（yǔ）其他儀表或電氣裝置共同（tóng）接地，接地線中的漏電流可（kě）能對測量信號將產生串模（mó）幹擾，嚴重時流量計將無法工作。另外（wài），接地點應（yīng）遠離大型用電器，避免地電流（liú）串入流量計，造成幹擾。
5 結束語
通過以上（shàng）對幹擾的分（fèn）析，針（zhēn）對不同（tóng）類型的幹擾，分別采取不同（tóng）的（de）措施，有效提高信噪比，強調接地的作用，提高了高溫電磁（cí）流（liú）量計的抗（kàng）幹擾能力（lì）和穩定性，使其更加適應於工業應用現場。

上一篇：dn50電磁流量計的基本原理技術特點與使用安裝要求（qiú）

下一篇：dn100電磁流量計（jì）無信號輸出（chū）的原因分析及檢查程序與處理方法