污水流量計(jì)使用中干擾源及干擾技術(shù)的分析
點(diǎn)擊次數(shù):2182 發(fā)布時(shí)間:2020-08-10 07:54:04
摘要:作為一種新型的流量測(cè)量儀表,污水流量計(jì)在*近幾年里獲得了長足的發(fā)展,其以自身優(yōu)良的性能和特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量,同時(shí)在食品、化工以及水處理等行業(yè)中各類漿液流量的測(cè)量中也有所應(yīng)用。雖然與其它流量計(jì)相比,污水流量計(jì)有著諸多優(yōu)點(diǎn),但它也有一定的缺陷,即容易受到外界的干擾。為此,在應(yīng)用污水流量計(jì)時(shí),必須采取有效的抗干擾措施,這對(duì)于確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性具有非常重要的意義?;诖它c(diǎn),本文就污水流量計(jì)中干擾問題展開探討。
1、污水流量計(jì)的基本原理及干擾源分析
1.1污水流量計(jì)測(cè)量原理
所謂的污水流量計(jì)實(shí)質(zhì)上就是一種按照法拉*電磁感應(yīng)定律來對(duì)管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)的體積流量進(jìn)行測(cè)量的感應(yīng)式儀表,其主要是應(yīng)用單片機(jī)嵌入式技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字勵(lì)磁,并依托于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行測(cè)量。由污水流量計(jì)的概念可知,其測(cè)量原理是基于法拉*電磁感應(yīng)定律,當(dāng)導(dǎo)電的金屬桿以某種特定的速度進(jìn)行垂直于磁力線方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)便會(huì)產(chǎn)生出感應(yīng)電壓。通常情況下,可將流量計(jì)中測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)看作是導(dǎo)電的金屬桿,而上端與下端的勵(lì)磁線圈則會(huì)在管道的垂直方向上形成一個(gè)相對(duì)比較均勻的恒定磁場(chǎng),當(dāng)導(dǎo)電流體以特定的速度在管道內(nèi)經(jīng)過時(shí),其便會(huì)對(duì)磁力線進(jìn)行切割,從而產(chǎn)生出感生電動(dòng)勢(shì),若是在管道兩端分別加裝電*的話,則可在電*上探測(cè)到感生電壓。流量計(jì)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置能夠通過對(duì)感生電壓大小的測(cè)量計(jì)算出導(dǎo)電流體的體積流量,由此便可以獲得經(jīng)過管道的實(shí)際體積流量。污水流量計(jì)是由傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)部分組成的,其中傳感器一般都是安裝在現(xiàn)場(chǎng)的被測(cè)管道當(dāng)中,而信號(hào)轉(zhuǎn)換器則主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器測(cè)量獲得的微弱信號(hào)進(jìn)行濾波和放大,并將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顯示、記錄、調(diào)控的目的。
1.2污水流量計(jì)的干擾源分析
轉(zhuǎn)換器的流量信號(hào)由傳感器所提供,是一種電壓信號(hào),即電*間的電位差。在測(cè)量實(shí)踐中,受靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電化學(xué)電勢(shì)等因素的影響,致使電*上的電壓不僅與流速成比例形成電動(dòng)勢(shì),而且還包含多種干擾成分,主要來源于以下方面:
1)在污水流量計(jì)的工作現(xiàn)場(chǎng)擁有大量工頻信號(hào),導(dǎo)致耦合在激磁回路、前端放大器、電*的工頻干擾噪聲嚴(yán)重影響污水流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性。
2)污水流量計(jì)在低頻矩形波激磁的作用下會(huì)產(chǎn)生干擾,這主要是由于激磁電流突變而導(dǎo)致微分干擾信號(hào)的產(chǎn)生。與此同時(shí),干擾信號(hào)會(huì)隨著電流的穩(wěn)定而逐步消失。
3)電磁流量傳感器上的變壓器效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生相位上與流量信號(hào)形成90°的正交干擾信號(hào)。
4)部分電磁屏自身存在接地與屏蔽不良、電容雜散等弊端,*易導(dǎo)致返回電流不平衡,進(jìn)而引發(fā)共模干擾,甚至造成某些電路電位變化,這是致使污水流量計(jì)零點(diǎn)漂移的重要因素之一。在此情況下,產(chǎn)生的高輻射電場(chǎng)會(huì)不斷惡化電磁兼容性。
5)電路板設(shè)計(jì)在未充分考慮電磁兼容性的情況下會(huì)造成串模干擾,進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降,尤其對(duì)于模擬電路和高速走線而言,會(huì)造成嚴(yán)重的不良影響。
6)在感應(yīng)電場(chǎng)作用下,被測(cè)液體中電解質(zhì)會(huì)在電*表面產(chǎn)生*化現(xiàn)象,形成電化學(xué)*化電動(dòng)勢(shì)干擾,進(jìn)而造成污水流量計(jì)零點(diǎn)漂移。
2、污水流量計(jì)抗干擾的有效措施
2.1抗正交干擾的措施
所謂的正交干擾具體是指在相位上與流量信號(hào)之間的差為90°的干擾。當(dāng)電磁力量計(jì)的變送器以交流勵(lì)磁方式運(yùn)行時(shí),會(huì)形成一個(gè)交變的磁場(chǎng),而閉合電路則處于該磁場(chǎng)當(dāng)中,由于該閉合電路無法與污水流量計(jì)的變送器交變磁場(chǎng)產(chǎn)生出來的磁力線處于平行狀態(tài),致使會(huì)有一部分交變磁力線從該閉合線路當(dāng)中穿過,這樣一來便會(huì)在回路當(dāng)中形成一個(gè)干擾電動(dòng)勢(shì)。想要有效抑制或消除正交干擾對(duì)污水流量計(jì)的影響,可從變送器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器這兩個(gè)部分分別采取措施,具體內(nèi)容如下:
1)從變送器上采取抗干擾措施。應(yīng)當(dāng)盡可能使閉合回路的平面與交變磁力線保持平行,這樣便可以防止磁力線從閉合回路當(dāng)中穿過的情況發(fā)生,同時(shí)可設(shè)置干擾調(diào)整機(jī)構(gòu),借此來減少干擾信號(hào)。此外,還可以在變送器上設(shè)置調(diào)零電位器,通過該電位器能夠使兩個(gè)回路當(dāng)中產(chǎn)生出來的電流的電勢(shì)互相抵消,從而達(dá)到消除正交干擾信號(hào)的目的。
2)從信號(hào)轉(zhuǎn)換器上采取抗干擾措施??稍谵D(zhuǎn)換器當(dāng)中設(shè)置抗干擾機(jī)構(gòu),借此來消除變送器中殘余的正交干擾信號(hào),具體做法是在主放大器輸出端設(shè)置補(bǔ)償和抑制正交干擾的機(jī)構(gòu)。
2.2軟件抗干擾技術(shù)
在EPROM中,污水流量計(jì)固化的軟件與硬件相配合不僅要確保污水流量計(jì)正常功能的實(shí)現(xiàn),還必須具備較強(qiáng)的容錯(cuò)能力和抗干擾能力,構(gòu)建起功能完善的應(yīng)用程序。
1)數(shù)字濾波技術(shù)。該技術(shù)是智能儀器中使用*為廣泛的技術(shù),擁有模擬濾波器所不具備的功能,主要包括消除脈沖干擾、A/D轉(zhuǎn)換器的抗工頻能力、消除數(shù)字電路毛刺干擾、保障輸入微處理器數(shù)字的可靠性等。
2)程控放大器技術(shù)。該技術(shù)能夠解決污水流量計(jì)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換問題,通過增益控制以達(dá)到削弱微分干擾峰值導(dǎo)致放大器過載的目的,有利于處理流量信號(hào)電勢(shì),增強(qiáng)抗微分干擾能力。
2.3同步采樣抗干擾技術(shù)
在信號(hào)連續(xù)的狀態(tài)下,可采用同步采樣技術(shù)實(shí)施采樣。但必須注意的是,選取的采樣區(qū)域、對(duì)稱度、寬度、起始點(diǎn)在小流量的影響下,會(huì)導(dǎo)致污水流量計(jì)難以達(dá)到測(cè)量精度。為此,采樣頻率應(yīng)當(dāng)選取工頻周期的整數(shù)倍,如此做法可以確保在混有干擾信號(hào)的采樣時(shí)間為工頻周期的情況下,免于電壓的干擾。
2.4接地抗干擾措施
通常情況下,受變送器輸出信號(hào)較小的影響會(huì)導(dǎo)致污水流量計(jì)的抗干擾能力降低,所以應(yīng)當(dāng)將變動(dòng)器輸入電路的零電位進(jìn)行單獨(dú)接地處理,不僅可以起到屏蔽的作用,還能夠有效減少激磁系統(tǒng)本身電磁場(chǎng)干擾的影響。此外,污水流量計(jì)接地必須選擇遠(yuǎn)離大型用電器的地點(diǎn),以達(dá)到防止電流串入的目的。
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1.2污水流量計(jì)的干擾源分析
轉(zhuǎn)換器的流量信號(hào)由傳感器所提供,是一種電壓信號(hào),即電*間的電位差。在測(cè)量實(shí)踐中,受靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電化學(xué)電勢(shì)等因素的影響,致使電*上的電壓不僅與流速成比例形成電動(dòng)勢(shì),而且還包含多種干擾成分,主要來源于以下方面:
1)在污水流量計(jì)的工作現(xiàn)場(chǎng)擁有大量工頻信號(hào),導(dǎo)致耦合在激磁回路、前端放大器、電*的工頻干擾噪聲嚴(yán)重影響污水流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性。
2)污水流量計(jì)在低頻矩形波激磁的作用下會(huì)產(chǎn)生干擾,這主要是由于激磁電流突變而導(dǎo)致微分干擾信號(hào)的產(chǎn)生。與此同時(shí),干擾信號(hào)會(huì)隨著電流的穩(wěn)定而逐步消失。
3)電磁流量傳感器上的變壓器效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生相位上與流量信號(hào)形成90°的正交干擾信號(hào)。
4)部分電磁屏自身存在接地與屏蔽不良、電容雜散等弊端,*易導(dǎo)致返回電流不平衡,進(jìn)而引發(fā)共模干擾,甚至造成某些電路電位變化,這是致使污水流量計(jì)零點(diǎn)漂移的重要因素之一。在此情況下,產(chǎn)生的高輻射電場(chǎng)會(huì)不斷惡化電磁兼容性。
5)電路板設(shè)計(jì)在未充分考慮電磁兼容性的情況下會(huì)造成串模干擾,進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降,尤其對(duì)于模擬電路和高速走線而言,會(huì)造成嚴(yán)重的不良影響。
6)在感應(yīng)電場(chǎng)作用下,被測(cè)液體中電解質(zhì)會(huì)在電*表面產(chǎn)生*化現(xiàn)象,形成電化學(xué)*化電動(dòng)勢(shì)干擾,進(jìn)而造成污水流量計(jì)零點(diǎn)漂移。
2、污水流量計(jì)抗干擾的有效措施
2.1抗正交干擾的措施
所謂的正交干擾具體是指在相位上與流量信號(hào)之間的差為90°的干擾。當(dāng)電磁力量計(jì)的變送器以交流勵(lì)磁方式運(yùn)行時(shí),會(huì)形成一個(gè)交變的磁場(chǎng),而閉合電路則處于該磁場(chǎng)當(dāng)中,由于該閉合電路無法與污水流量計(jì)的變送器交變磁場(chǎng)產(chǎn)生出來的磁力線處于平行狀態(tài),致使會(huì)有一部分交變磁力線從該閉合線路當(dāng)中穿過,這樣一來便會(huì)在回路當(dāng)中形成一個(gè)干擾電動(dòng)勢(shì)。想要有效抑制或消除正交干擾對(duì)污水流量計(jì)的影響,可從變送器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器這兩個(gè)部分分別采取措施,具體內(nèi)容如下:
1)從變送器上采取抗干擾措施。應(yīng)當(dāng)盡可能使閉合回路的平面與交變磁力線保持平行,這樣便可以防止磁力線從閉合回路當(dāng)中穿過的情況發(fā)生,同時(shí)可設(shè)置干擾調(diào)整機(jī)構(gòu),借此來減少干擾信號(hào)。此外,還可以在變送器上設(shè)置調(diào)零電位器,通過該電位器能夠使兩個(gè)回路當(dāng)中產(chǎn)生出來的電流的電勢(shì)互相抵消,從而達(dá)到消除正交干擾信號(hào)的目的。
2)從信號(hào)轉(zhuǎn)換器上采取抗干擾措施??稍谵D(zhuǎn)換器當(dāng)中設(shè)置抗干擾機(jī)構(gòu),借此來消除變送器中殘余的正交干擾信號(hào),具體做法是在主放大器輸出端設(shè)置補(bǔ)償和抑制正交干擾的機(jī)構(gòu)。
2.2軟件抗干擾技術(shù)
在EPROM中,污水流量計(jì)固化的軟件與硬件相配合不僅要確保污水流量計(jì)正常功能的實(shí)現(xiàn),還必須具備較強(qiáng)的容錯(cuò)能力和抗干擾能力,構(gòu)建起功能完善的應(yīng)用程序。
1)數(shù)字濾波技術(shù)。該技術(shù)是智能儀器中使用*為廣泛的技術(shù),擁有模擬濾波器所不具備的功能,主要包括消除脈沖干擾、A/D轉(zhuǎn)換器的抗工頻能力、消除數(shù)字電路毛刺干擾、保障輸入微處理器數(shù)字的可靠性等。
2)程控放大器技術(shù)。該技術(shù)能夠解決污水流量計(jì)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換問題,通過增益控制以達(dá)到削弱微分干擾峰值導(dǎo)致放大器過載的目的,有利于處理流量信號(hào)電勢(shì),增強(qiáng)抗微分干擾能力。
2.3同步采樣抗干擾技術(shù)
在信號(hào)連續(xù)的狀態(tài)下,可采用同步采樣技術(shù)實(shí)施采樣。但必須注意的是,選取的采樣區(qū)域、對(duì)稱度、寬度、起始點(diǎn)在小流量的影響下,會(huì)導(dǎo)致污水流量計(jì)難以達(dá)到測(cè)量精度。為此,采樣頻率應(yīng)當(dāng)選取工頻周期的整數(shù)倍,如此做法可以確保在混有干擾信號(hào)的采樣時(shí)間為工頻周期的情況下,免于電壓的干擾。
2.4接地抗干擾措施
通常情況下,受變送器輸出信號(hào)較小的影響會(huì)導(dǎo)致污水流量計(jì)的抗干擾能力降低,所以應(yīng)當(dāng)將變動(dòng)器輸入電路的零電位進(jìn)行單獨(dú)接地處理,不僅可以起到屏蔽的作用,還能夠有效減少激磁系統(tǒng)本身電磁場(chǎng)干擾的影響。此外,污水流量計(jì)接地必須選擇遠(yuǎn)離大型用電器的地點(diǎn),以達(dá)到防止電流串入的目的。
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