降低dn200分體式汙水流量計的外部電磁幹擾及電磁兼容性分析（xī）

dn200分體式汙水流量（liàng）計的工作原理是基於法拉*的電磁感應原理，工（gōng）業生產中的電力設施（shī）和電器設備又很多，必然會對於dn200分體式汙水流量計的電磁感應（yīng）產生或多或少的影響，嚴重的可會影響到dn200分（fèn）體式汙水流量計的準確測量。根據經驗總結，dn200分體式汙（wū）水流（liú）量計（jì）的幹擾源主要來自於（yú）工頻電磁幹擾、流體（tǐ）電化學幹擾噪聲和電源幹擾噪（zào）聲。目前dn200分體式汙水流（liú）量計主要（yào）采用低（dī）頻或雙頻矩（jǔ）形波勵磁技術、同步采樣技術（shù）、輸入保護（hù）、接地技術（shù）等來降低幹擾。實際應用表明，這些技（jì）術有（yǒu）較好的抗幹擾效果。有效地（dì）降低外部環境對於dn200分（fèn）體式汙水流量計的幹擾（rǎo），對於保證（zhèng）流量計的穩定與精準的測量是一件非常重要的工作（zuò）。本文就是（shì）介（jiè）紹利用麵（miàn）板及智能終端進行dn200分體式汙（wū）水流量計參數設置和組態的方法，以及提高dn200分體式汙水流量計的電磁（cí）兼容性技（jì）術。

dn200分體式汙水流量計的測量過程（chéng）不受被測（cè）介質（zhì）溫度、黏度、密度等因素影響（xiǎng），具有測量速度快、精度高、測量口徑寬、輸出線性度好，與被（bèi）測介質不接觸，耐腐蝕、抗磨損，流體壓力損失（shī）小等優（yōu）點，因而廣泛應（yīng）用於造紙廠紙（zhǐ）漿、助劑、水等流體的測量（liàng）。但是，dn200分體式汙水流量計也有其不足，傳（chuán）感器的輸出感應電動勢很小，容易受到外界電磁幹（gàn）擾，如何提高dn200分（fèn）體式汙水流量計的電磁兼容性，使其能在惡劣的電磁環境正常使用是dn200分體式汙水流量計設計必（bì）須考慮的問題。文中（zhōng）以LD係列dn200分體式汙水流量計為例，結合編者的工程實踐，介紹有關dn200分（fèn）體式汙水流量計的使用（yòng）並分析（xī）其電磁兼容性(EMC)。
1dn200分體式汙水流量（liàng）計（jì）的工（gōng）作原理
dn200分體式汙（wū）水流量計的工作以電磁感應定律（lǜ）為基礎，即當一個導體在電磁場中運動，並且運（yùn）動方向垂直（zhí）於電磁場時就會產生感應（yīng）電動勢，所產生的感應電動勢的方向垂直於導體（tǐ）運動和電磁場運動的方向，感應電動勢的大小與導體的運動速度和磁場的磁感應強度成正比（bǐ）。當導電流（liú）體以平均流速y(m／s)通過一（yī）根內徑（jìng）為D(m)的管子時，若管子內存（cún）在（zài）一個磁感應強度為曰(T)的磁場，那麽就可產生一個垂直於磁（cí）場方向和流體流動方向的電動勢E：
E=DVB(V)(1)
容積流量Q為（wéi）：
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（rú）果君和D是常數，那麽從式(3)可看出，E與Q成正比。電磁流量轉換器把電動勢（shì）層（céng）放大並轉換成（chéng）標準的4—20mA的信號或脈（mò）衝信號，作為對應的流量信號輸出。
2dn200分（fèn）體式汙水流量計的參數設置方法及組態
流量計的參數設置(組態（tài）)有（yǒu）兩種方法，一是利用顯示麵板上的按鍵，二（èr）是（shì）利用手持智能（néng）終端。
2.1使用麵板進（jìn）行參數設定
ADMAGAE係列dn200分體（tǐ）式汙（wū）水流量計麵板（bǎn）上常用的符號有：
(1)RED(紅)正常工作（zuò）時不亮，有報警（jǐng）時閃爍；
(2)定義符定義符用冒號“：”，表示所（suǒ）顯示的數據正處於待設定狀態（tài）；
(3)單位顯示顯示流量單位（wèi）；
(4)顯示數據顯示流量（liàng）數據、設定數據（jù）和報警的種類；
(5)小數點表（biǎo）示數據中的小數（shù）點；
(6)設定鍵這些鍵（jiàn）用來改變數據顯示和設定數據的類型。數據顯（xiǎn）示類型共有（yǒu）3種：流量數據顯示模式、設定模式、報警顯示模式。
2.1.1流量數據顯示模式，
流量數據（jù）顯示（shì）模（mó）式表示的是瞬時流量值和累（lèi）積流量值，ADMAGAE可顯示12種類型的流量數據。進入流（liú）量顯示模式用“dl”參數來改（gǎi）變顯示項，詳細（xì）設（shè）定可參考流量計用戶手冊。
2.1.2設（shè）定模（mó）式
設（shè）定模式用來檢查參數內（nèi）容和重寫數據。隻要按下“SET”鍵，可將該模（mó）式從正常的操作模式中調出。
2.1.3報警顯示模（mó）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）警的類型，但是這（zhè）種情況隻（zhī）是（shì）發生在當（dāng）前流量顯示（shì）模式或設定模式中參（cān）數號被改變時(當正（zhèng）在該部數據項時，不顯示報警)。
2.2　BT智能終端設定
具有智能通信功能的（de）儀表可與智能終端通信。橫河（hé）的智能終（zhōng）端有BTl00、BT200等型號，簡稱BT智能終端，它們（men）采用（yòng）BRAIN協議，將（jiāng）1個4-2mA、2.4kHz的調製信號迭加到（dào）4～20mA的（de）模擬信號上用作信號傳（chuán）輸。由於調製（zhì）信號是交流信號（hào），所（suǒ）以迭加不會影響模擬（nǐ）信號的（de）數（shù）值。
BT智能終端與流量計的連接有兩種（zhǒng）方式：一是直接與流量計端蓋下麵的BT端子相連，這種方式（shì）適用於（yú）現場（chǎng）調試或流量計不具備智能通信功能的情況；二是與4—20mA直流信號線連接，BT智能終端可以連接在從（cóng）控製櫃（guì）到流量計信號線的任何位置，*大距離可達2km，隻要（yào）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去（qù）現場（chǎng），在控製室（shì）就可（kě）對流量計進行設置和在線監測（cè），是使用*多的一種方式。BT智能終（zhōng）端（duān）采用菜單式操作，可以**顯示和修改汙水流（liú）量計的各種參數，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（shè）置等。
2.3汙水流（liú）量計數據設定與組態（tài）
汙水流量計是根據與流體流速相對應的微小電動勢計算（suàn）出體積流量並輸（shū）出4～20mA的信號。為保（bǎo）證獲得正確的信號，必須設定通徑、流量量程和儀表係數3個參數，這3個參數中，通徑和儀表係數早在儀表出（chū）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（yí）表出廠前將流量（liàng）量程設定（dìng）好，這種設定隻有在用戶要求改（gǎi）變量程時才（cái）可進（jìn）行重新設定。
3電磁兼容性分析
汙水流量計的工（gōng）作以電磁感應定律為基礎，產生的正比於被測流量的（de）感應電（diàn）動勢通常很（hěn）小（xiǎo），*易受（shòu）到外界電磁（cí）幹擾，而它本身產生（shēng）的電磁幹擾（rǎo）很小，因此汙（wū）水流量計的電磁兼（jiān）容性主要體現在（zài）它（tā）如（rú）何（hé）在惡劣的電磁環境下正（zhèng）常工作。在惡劣（liè）的電磁環境下，電磁耦合靜電感應是dn200分體式汙水流量計幹擾噪聲的主（zhǔ）要（yào）來源；被測流體介質特性產生的電化學幹擾（rǎo）噪聲是汙水流量計幹擾噪聲的*二來（lái）源；汙水流量計供電電源的電壓和頻率波動等電（diàn）源幹（gàn）擾噪聲是汙水流量計幹擾噪聲的*三來源。為滿（mǎn）足儀表的EMC要求，智能dn200分體（tǐ）式汙水流量計分別采用硬件（jiàn）和（hé）軟（ruǎn）件（jiàn）抗幹擾技術?，以提高dn200分體式汙水流量計抗幹擾（rǎo）能力。
3.1工（gōng）頻幹（gàn）擾噪聲的特點及dn200分體式汙水流量計抗幹擾技（jì）術工頻（pín）幹擾噪聲（shēng）*先是由dn200分體式汙水流量計勵磁繞組和流體、電*、放大器輸（shū）入回路（lù）的電磁（cí）耦合形成，其二是電（diàn）磁流量汁工作現場的工頻（pín）共模幹擾，其三是供電電源（yuán）引入的（de）工頻串（chuàn）模幹擾等，其產生的物理機理（lǐ）均是電磁感應原（yuán）理。
dn200分（fèn）體式（shì）汙水流量計勵磁繞組和流體、電*、放大器輸入回（huí）路的電磁耦合（hé）產生的工頻幹擾對dn200分體式汙水流量計工作影響*大，而且（qiě）在不同的勵磁（cí）技術（shù）下其表（biǎo）現的形態、特性不同，因而采取（qǔ）抗幹擾措施也不同。在工（gōng）頻（pín）正弦波勵磁磁場下，此種電磁耦合（hé）工頻幹擾噪（zào）聲表現形式為正交幹擾，又稱為變壓器電勢，特點（diǎn）是幹擾噪聲幅值和工（gōng）頻正弦波（bō）勵磁頻率成正比，相位滯後流量信號電勢90。，且幅值較流量信號電（diàn）勢大幾個數（shù）量級舊’。直流勵磁、低頻矩形波勵磁及雙頻矩形波勵磁技術，可以基本消除（chú）正交（jiāo）幹擾的影響。
工頻（pín）共模幹擾和工頻串模幹擾這兩種常見的幹擾，主要是由於電磁屏蔽缺陷，分布電容耦（ǒu）合，dn200分體式（shì）汙水流量計接地不良等（děng）原（yuán）因而（ér）產生，dn200分體式汙水流量計采（cǎi）用輸人保護技術、高輸入阻抗、高共模抑製比自舉前置放大器技術以及重複接地技術等（děng）提高抗工（gōng）頻（pín）幹擾的能力。ADMAGAE係列dn200分體式汙水流量計（jì）配（pèi）有接地環，其作用是通過（guò）與液體接觸，建立液體接地，確保基準電位與（yǔ）被測液體相同，並且保護流量計內襯。
3.2電化學幹擾噪聲的特點及dn200分體式汙水流量計抗幹擾技（jì）術
3.2.1電（diàn）化學幹擾噪（zào）聲的特點
(1)電化學*化（huà）電勢幹擾是（shì）由於（yú）電*感（gǎn）生電動勢在兩**性不同而導致電解（jiě）質在電*表麵*化產生。雖然（rán）采用正負交變勵磁磁場能顯著減弱*化電勢的數量級，但不能從根本上完全消除*化電勢（shì）幹擾。
(2)泥漿幹擾是（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（jiē）觸電化學電（diàn）勢突然（rán）變化，電磁流量傳（chuán）感器（qì）輸出信號出現尖峰脈衝狀幹擾噪聲。
(3)流體流動噪聲是在測（cè）量低導率液體(100IxS／cm以下)流量（liàng）時，電*的電化學電勢定期波動，產生隨流量增加而頻率增加（jiā）的（de）隨機幹擾噪聲（shēng），具有類似泥漿幹擾的1／f頻譜特性。
3.2.2dn200分體式汙水流量計抗電化學幹擾（rǎo）技術（shù）
dn200分體式汙水流量計在提高抗電化學幹擾（rǎo）能力方麵采取的措施主要是低頻矩形波勵磁和雙頻勵磁技（jì）術。低頻矩形波勵磁既具有直流勵磁（cí）技術不產生渦（wō）流效應、變壓器效應(正交幹擾)的特點，又具有工頻正弦波勵磁基本不產生*化效應，便於（yú）放大信號（hào）處理，而能避免直流放大器零點漂移、噪聲、穩（wěn）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（suī）然具有優良的零點穩定性。但在測（cè）量泥（ní）漿、紙漿等含纖維和固體顆（kē）粒的液固兩相導電性流體流量時無法克服泥漿幹擾和流體噪聲幹擾。研究分析（xī）表明，泥漿幹擾和流動噪聲具（jù）有1／f的頻譜特征。低頻時幅值（zhí）大，高（gāo）頻時幅值小，如果采（cǎi）用較高頻率的低頻矩形波勵磁則能大大（dà）降低泥漿幹擾的數（shù）量級。因此提高勵磁頻率（lǜ）有助於降低泥漿（jiāng）幹（gàn）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（zhèng）dn200分體式汙水流（liú）量計的零點穩定性，*好采用低頻矩形波勵磁；為了能較（jiào）準確（què）地測量液固兩（liǎng）相導電性流體和（hé）低導電率流（liú）體（tǐ）的流量，又必須采用較高頻率（lǜ）的（de）矩形波勵磁。采（cǎi）用圖1所示的雙頻矩形波勵磁的方法是*佳（jiā）方案（àn）。
3.2.3雙頻矩形波勵磁工作及抗幹擾原理在dn200分體式汙水流量計測量管內形成（chéng）含有兩個頻率分量的電磁場：高頻勵磁分量不受液體幹擾的影（yǐng）響，而低頻勵（lì）磁分量則有著*好的零點穩（wěn）定性，根據高、低頻定時檢測到的各分量信號經過計算，便可得到流量（liàng）信號。
雙（shuāng）頻矩形波勵磁測量（liàng）原理如圖l所示，一個由高低頻分量迭加而成的電磁場通過勵（lì）磁（cí）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電頻率的矩形波而得到的波形。在產生的電動勢（shì）中，低頻分量通過一個大（dà）時間常數的（de）積分電路獲得一個零點穩定性好的平穩流量信號。而由漿液或（huò）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（zhì），有著同樣時間常數的流量信（xìn）號經過一個差分電路以確（què）定流速信號（hào）的變化，把這兩種不同頻率采樣所得的信號結（jié）合（hé）起來可獲得一個穩定流（liú）速信號，該信（xìn）號不受噪聲幹擾，且有較高的零點穩定性。

圖l雙頻矩形波勵磁測量原理圖

3.3電源（yuán）幹（gàn）擾噪聲特（tè）點及汙（wū）水流量計抗幹擾技術

圖（tú）2基本信號關係
dn200分體式汙水（shuǐ）流量計一般（bān）都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和（hé）頻率的變化都會給dn200分體式汙水流量計帶來電源性幹（gàn）擾噪聲（shēng）。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩壓，一般而言電源電壓（yā）的幅值變化對電磁（cí）流量的測量精度影（yǐng）響不大。當電源電壓的頻（pín）率波動（dòng）時，雖然其波動範圍有限，但對dn200分體式汙水流量（liàng）計測量精度影響較大。為了解決工（gōng）頻幹擾問題，實（shí）現對流體流（liú）速感應電勢e柚信號（hào）的準（zhǔn）確測量，需（xū）利用以下基本關係：①勵磁周期為（wéi）工頻周期的整（zhěng）數（shù）倍，即勵磁頻率為50／nHz(n為偶數)；②正負勵磁下（xià）的同相位采樣。圖2是對應低頻矩形波勵（lì）磁形式下的典型電勢信號形式，按上述關（guān）係在一個勵磁周期下，若假（jiǎ）設t。和t：點為工頻幹擾的等效幹擾點，且采樣寬度T=T1=T2，則（zé）e –ab的基本算式為：

式(4)從（cóng）理論上說明dn200分體式汙水流量計的工頻幹擾有（yǒu）可克服的途徑（jìng），即同步采樣技術，其方法是以同相位(t1=t2)、同寬度采樣(T1=T2=T)為前提的，采樣頻率要選為工頻周期的整數倍（bèi）。這樣即使混有幹擾信號，因（yīn）其采樣時間為完整的工頻周期，其平（píng）均值也為零，幹擾電壓不起（qǐ）作用。
4dn200分體式汙水流量計選型
4.1dn200分體（tǐ）式汙水流量計選型的（de）一般原則H1
(1)被測介質是否為（wéi）導電液體（tǐ）或漿液，由此決定是（shì）否選用dn200分體式汙水流量計；
(2)被測介質的電導率決定dn200分體式汙水流量計的類型——是高電導率還是低電（diàn）導率；
(3)工藝要求的*大、*小和常用流量工藝管（guǎn）道的公稱通徑，決定介質的流速是否處在較經濟的流速點上，管道是否需要變（biàn）徑，*後（hòu）確定流量計的口徑；1
(4)以工藝管道的布置情況，來確定采用一體型還（hái）是（shì）分體型流量計，以及流（liú）量計的防護等（děng）級等；
(5)根據被測介質是否易結晶、結疤來選擇電*型式；
(6)根據被測介質的腐蝕性來選擇電*材料；
(7)被測（cè）介質的腐蝕性.磨（mó）損性及溫度（dù）來決定采用（yòng）何（hé）種襯裏材料；
(8)被測介質的*高工作壓（yā）力決定流量計的公稱壓力；
(9)工藝管道（dào）的（de）絕緣性決（jué）定接（jiē）地環的型式（shì）。
4.2根據dn200分體式汙水流量計勵磁方式的的特點選型
(1)直流勵磁（cí）型
這種dn200分體式汙水（shuǐ）流量計數量很少，隻用（yòng）於測量液態金屬流量，如常溫下的汞和高溫下的液態鈉（nà）、鉀等。
(2)交流工頻勵磁型
較（jiào）早期的dn200分體式汙水流量（liàng）計用（yòng）50Hz工頻市電勵磁，由於易受電磁幹擾和（hé）零點漂移等原因（yīn），現已逐漸被低頻矩形勵磁所代替。但在測量泥漿、礦漿等液固兩相流時，低頻矩（jǔ）形波勵磁方式不能（néng）克服固體擦過電*表（biǎo）麵產生的尖峰噪聲，而工頻交流勵磁的（de）儀表（biǎo）則不存在這一缺點，所以國內外（wài）尚有一些dn200分體式汙水流量計仍采用交流工頻勵磁方式。
(3)低頻（pín）矩形波勵磁型1.·
由於低頻矩形波勵（lì）磁方式功耗小，零點穩（wěn）定性好，所以它是目前（qián）dn200分體式汙水流量計的主要勵（lì）磁方式。其波（bō）形有“正一負”二值和“正一零（líng）一（yī）負一零”三值兩種。有的dn200分體式汙水流量計勵磁（cí）頻率可以由用戶設定，一般小口徑儀表（biǎo）用較高（gāo）頻率，大口徑（jìng）儀表用較低頻率。
(4)雙頻勵磁型
勵磁（cí）電流的波形是在低頻矩（jǔ）形波上疊加高頻矩形波，主要為克服二值矩形波勵磁存在的漿（jiāng）液噪聲（shēng）和流動噪（zào）聲，提高儀表的穩定性和響應特性，因此（cǐ）廣泛用於（yú）製漿造紙及汙水（shuǐ）處理等（děng）行（háng）業。
5結束語
通過（guò）上麵分析可知，dn200分體式汙水流量計具有測（cè）量精度高、速度快、使用方便，測量範（fàn）圍廣、口徑寬（kuān）等諸多優點，但同時（shí）也存在（zài）著（zhe）測（cè）量（liàng）輸出信號（hào）易受工頻電磁幹擾，流體電化學噪聲及電源頻率變化影響（xiǎng）的缺點。不同勵磁方式的dn200分體式汙水流量計具有不同的抗幹（gàn）擾技術和應用範圍。正確了（le）解各種勵磁技（jì）術的特點和（hé）不同dn200分（fèn）體式汙水流量計的技（jì）術原理是正確使用dn200分體式汙水流量（liàng）計的前提。