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      電磁流量計干擾抑制方法分析

      時(shí)間:2024-03-26 18:41:56 點(diǎn)擊:193次

      在電磁流量計的測量過(guò)程中,電極采集的流量信號混雜了大量的干擾信號和噪聲。流量信號中的干擾信號根據產(chǎn)生機理不同可分為3類(lèi),第一類(lèi)是與電磁流量計的電磁感應原理有關(guān)的同相干擾、微分干擾等;第二類(lèi)是和電化學(xué)作用有關(guān)的漿液噪聲、極化干擾、流動(dòng)噪聲等;第三類(lèi)是因外部電路而引起的工頻干擾,可分為串模干擾、共模干擾兩種。

      不同勵磁方式對流量計的功耗、精度、實(shí)時(shí)性等參數有著(zhù)重要影響。勵磁方式可分為采用交變磁場(chǎng)和采用恒定磁場(chǎng)2種基本形式,采用交變磁場(chǎng)包括正弦波勵磁、低頻矩形波勵磁、三值矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁、三值梯形波勵磁等方式,采用恒定磁場(chǎng)包括直流電源勵磁和永磁鐵勵磁。

      1、交變磁場(chǎng)勵磁

      最早應用在電磁流量計中的勵磁方式是工頻正弦波勵磁,此種電磁流量計測量迅速,這種方式能有效消除電極表面的極化現象,降低電化學(xué)電勢的影響和傳感器內阻,但是由于頻率高,會(huì )帶來(lái)一系列電磁干擾如正交干擾、同相干擾等。矩形波勵磁將直流勵磁和交流勵磁的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái),既具備交流勵磁極化干擾小的特點(diǎn),又具有直流勵磁無(wú)正交干擾和同相干擾。矩形波勵磁方式采樣時(shí)間窗口長(cháng)且穩定,可使流量計的零點(diǎn)穩定性得到顯著(zhù)提高。

      矩形波勵磁根據工作頻率的高低分為低頻矩形波勵磁和高頻矩形波勵磁,低頻勵磁雖然具有零點(diǎn)穩定和有效降低電磁干擾的優(yōu)勢,但是會(huì )降低傳感器的響應速度,不再適用于高速變化流體的測量。高頻勵磁具有響應速度快的優(yōu)勢,但存在電磁干擾問(wèn)題導致測量精度的下降,其測量精度比不上低頻勵磁。隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)生活中對流體測量實(shí)時(shí)性和測量精度的提高,單頻的高頻勵磁和低頻勵磁已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的測量要求,于是國內外研究人員將目光投向了雙頻勵磁。

      世界上第一臺雙頻勵磁電磁流量計結合低頻矩形波勵磁和高頻矩形波勵磁的優(yōu)點(diǎn)。利用雙頻中低頻抑制測量液體噪聲、保持零點(diǎn)穩定性和高頻激勵技術(shù)響應速度快的特點(diǎn)在測量被測液體時(shí)取得了較好的效果和較快的響應速度。之后雙頻勵磁技術(shù)得到快速發(fā)展,衍生了高壓和脈沖寬度調制(PWM)調制低壓勵磁、時(shí)分雙頻勵磁、雙頻梯形波勵磁等多種雙頻勵磁形式。時(shí)分雙頻勵磁方式不僅兼顧了高頻低頻的優(yōu)點(diǎn),還提高了流量計的量程比。雙頻梯形波與矩形波相比,梯形波具有穩定部分,增加了信號的穩定性,可以有效消除差分干擾。與三角波相比,梯形波有上升沿和下降沿,提高了電壓的利用率。

      雖然雙頻勵磁兼具高頻勵磁響應速度快和低頻勵磁穩定性好的優(yōu)點(diǎn),但是雙頻勵磁需要執行的算法相比較更為復雜,這就使得流量計功耗較大?;诳稍偕茉吹拿}沖勵磁電磁流量計的問(wèn)世降低了電磁流量計的功耗。未來(lái)學(xué)者研究的焦點(diǎn)將是雙頻勵磁或者多頻勵磁且功耗低的電磁流量計。

      2、恒定磁場(chǎng)勵磁

      流量計采用恒定磁場(chǎng)勵磁時(shí),其優(yōu)點(diǎn)是磁場(chǎng)強度恒定不變,比交變磁場(chǎng)勵磁更容易實(shí)現,流量計結構也更加簡(jiǎn)化,受工頻干擾的影響小。恒定磁場(chǎng)勵磁技術(shù)遇到的最關(guān)鍵問(wèn)題是電化學(xué)作用在測量電極上產(chǎn)生極化電壓,由于電極輸出的流量測量信號和電極極化電壓均為直流信號,導致很難從測量信號中剔除極化電壓干擾信號,甚至極化電壓過(guò)大會(huì )掩蓋測量信號產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢。因此,恒定磁場(chǎng)勵磁方式僅適用于內阻極小、導電率極高且不產(chǎn)生極化電壓的特殊液態(tài)金屬的流量測量中。目前克服電極表面極化的方法可以分為:

      1)對極化噪聲進(jìn)行補償。將非勵磁時(shí)段極化噪聲用來(lái)補償勵磁時(shí)段的極化噪聲。

      2)低通濾波極化噪聲并反饋補償。采用一階低通濾波器剝離極化噪聲,并進(jìn)行反饋補償。因為低通濾波器會(huì )使流量信號發(fā)生畸變,故此方法尚未應用于商業(yè)儀表。

      3)將極化電壓控制在穩定值。這是一種避開(kāi)極化電壓原理的方法,代表方法有繼電器電容反饋抑制極化?;谶@種理念,上海大學(xué)提出了利用動(dòng)態(tài)反饋控制的方法應用在永磁體勵磁的電磁流量計上。浙江大學(xué)將快速變化的交變電場(chǎng)施加在電極上來(lái)抑制極化電壓并取得了良好的效果。目前,這種方法是恒磁磁場(chǎng)勵磁方法研究的熱門(mén)領(lǐng)域。

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