智能電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)的研究
作者：
時(shí)間：2013-07-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
收藏
加入技術(shù)交流群
掃碼加入
和技術(shù)大咖面對(duì)面交流
海量資料庫(kù)查詢(xún)
針對(duì)工頻正弦波勵(lì)磁下的正交干擾噪聲，采用復(fù)雜的自動(dòng)正交抑制系統(tǒng)減小正交干擾噪聲的影響，但由于正交干擾噪聲比流量信號(hào)電勢(shì)大幾個(gè)數(shù)量級(jí)正交抑制電子電路的任何不完善都將導(dǎo)致一部分正交干擾轉(zhuǎn)換成同相干擾，使工頻正弦波勵(lì)磁電磁流量計(jì)零點(diǎn)漂移，流量測(cè)量精度難以提高。
采用低頻矩形波勵(lì)磁、三值低頻矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁，正交干擾噪聲演變成為微分干擾。由于微分干擾具有時(shí)段時(shí)，利用同步采樣技術(shù)在磁場(chǎng)恒定期，即微分干擾衰減為零之后，采用寬脈沖同步采樣（ 工頻周期的偶數(shù)倍），以避免串入流量信號(hào)電勢(shì)中的工頻干擾的影響。其次采用控制勵(lì)磁電流（勵(lì)磁磁通）變化率的方法減小微分干擾的幅值，但減小流量信號(hào)采樣的時(shí)間間隔；也可以采用程控增益技術(shù)使微分干擾時(shí)段增益為Odb，而恒磁通時(shí)段增益為100db，以減小微分干擾的幅值的影響。
對(duì)于工頻共模干擾和工頻串模干擾是常見(jiàn)的干擾，主要是由于電磁屏蔽缺陷、分布電容耦合、電磁流量計(jì)接地不良等原因產(chǎn)生，采用輸入保護(hù)技術(shù)、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術(shù)以及重復(fù)接地技術(shù)，工頻寬脈沖同步采樣技術(shù)等提高抗工頻干擾的能力。
2 流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲
電化學(xué)極化電勢(shì)干擾是由于電極感生電動(dòng)勢(shì)在兩極極性不同而導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面極化產(chǎn)生。雖然采用正負(fù)交變勵(lì)磁磁場(chǎng)能顯著減弱極化電勢(shì)的數(shù)量級(jí)，但不能根本上完全消除極化電勢(shì)干擾。其特性于流體介質(zhì)的性質(zhì)、電極材料性質(zhì)、電極的外形尺寸形狀有關(guān)，具有變化緩慢，數(shù)量級(jí)不大等特點(diǎn)，如圖2所示流體電化學(xué)電勢(shì)干擾及其解決方法。因此選擇合適的電極材料（如碳化鎢），設(shè)計(jì)最佳的電極形狀的尺寸是減小極化電勢(shì)的有效方法之一；另外采用正負(fù)兩極性交變的矩形波勵(lì)磁技術(shù)配合微處理器同步寬脈沖采樣技術(shù)，到用微處理器運(yùn)算功能前后兩次采樣值相減消除流量信號(hào)電勢(shì)中的極化電勢(shì)干擾。
圖2 流體電化學(xué)級(jí)化電勢(shì)干擾及其處理方法
流體流動(dòng)噪聲是在測(cè)量低導(dǎo)率液體（100vs/cm以下）流體流量時(shí)，電極的電化學(xué)電勢(shì)定期波動(dòng)，產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲，具有類(lèi)似泥漿干擾的1/f頻譜特性，因此提高勵(lì)磁頻率有助于降低流體流動(dòng)噪聲的數(shù)量級(jí)，以提高電磁流量傳感器測(cè)量低導(dǎo)電率流體流量的信噪比。
圖3 泥漿干擾電勢(shì)波形和頻譜特性
電磁流量計(jì)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(huì)給電磁流量計(jì)帶來(lái)電源性干擾噪聲。對(duì)電源電壓的幅值變化，因采用多級(jí)集成穩(wěn)壓，一般而言電源電壓的幅值變化對(duì)電磁流量的測(cè)量精度影響不大。當(dāng)電源電壓的頻率波動(dòng)時(shí)，雖然其波動(dòng)范圍有限，但對(duì)電磁流量計(jì)測(cè)量精度影響較大。在智能矩形波勵(lì)磁電磁流量計(jì)中采用寬脈沖采樣技術(shù)，其脈沖寬度為工頻周期的整數(shù)倍，具同步于工頻周期，以完全消除工頻干擾，但前提條件是工頻噪聲干擾基本不變。當(dāng)供電電源頻率波動(dòng)時(shí)，流量信號(hào)采樣時(shí)使前后的工頻噪聲不能完全相同，雖然采用同步勵(lì)磁技術(shù)、同步采樣技術(shù)仍然不能完全消除工頻干擾噪聲，必須采用相應(yīng)的頻率補(bǔ)償技術(shù)，使勵(lì)磁電流、采樣脈沖，A/D 轉(zhuǎn)換同步于頻率的變化。
四、智能電磁流量計(jì)硬件抗干擾技術(shù)
綜合上述電磁流量計(jì)干擾噪聲產(chǎn)生的物理和特性分析，智能電磁流量計(jì)分別采用硬件和軟件干擾技術(shù)，以提高電磁流量計(jì)抗干擾能力。
1 新型勵(lì)磁技術(shù)是提高電磁流量計(jì)抗干擾能力的重要手段
電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)的發(fā)展，不僅減弱電極極化電勢(shì)、泥漿干擾、流動(dòng)噪聲的影響，又能改變工頻干擾的形態(tài)，便于同步采樣技術(shù)處理工頻干擾噪聲，以避免工頻干擾的影響。目前電磁流量傳感器采用工頻頻率同步三值低頻矩形勵(lì)磁和雙頻矩形波勵(lì)磁，從而提高電磁流量計(jì)整個(gè)抗干擾能力，提高電磁流量計(jì)的測(cè)量精度和可靠性。
2 前置放大器的設(shè)計(jì)是提高抗干擾能力的首要環(huán)節(jié)
電磁流量傳感器輸出流信號(hào)十分微弱，內(nèi)阻抗較高，因此高輸出入阻抗、低漂移、低噪聲、高CRMM前置放大器才能滿(mǎn)足抗同相共模干擾的要求。前置放大器采用JFET高輸入阻抗電壓緩沖器，低漂移低噪聲減法器，精密電阻精心匹配組成儀用放大器，并采用輸入保護(hù)技術(shù)，共模電壓自舉技術(shù)和接地技術(shù)大大提高抗共模干擾的能力，抑制零點(diǎn)漂移的影響。
3 同步采樣的頻度補(bǔ)償技術(shù)
同步采樣和工頻電源頻率監(jiān)視補(bǔ)償技術(shù)，是提高抗流量信號(hào)電勢(shì)中混入工頻干擾和工頻電源頻率波動(dòng)產(chǎn)生工頻干擾能力的有效方法。同步采樣技術(shù)，其采樣脈寬為工頻周期的整數(shù)倍，使流量信號(hào)電勢(shì)中工頻干擾平均值等于零，以消除工頻干擾的影響；工頻電源的頻率波動(dòng)補(bǔ)償是保證頻率的動(dòng)態(tài)波動(dòng)中，勵(lì)磁電源和采樣脈沖得以同步調(diào)整，真正實(shí)現(xiàn)同步采樣技術(shù)和同步勵(lì)磁技術(shù)，同步A/D轉(zhuǎn)換，以降低工頻干擾的影響。
4 采用新型HCMOS系列芯片技術(shù)
采用74HC系列芯片技術(shù)較采用74LS系列芯片其低噪聲容限提高2.4倍，高燥聲容限提高2.1倍，智能電磁流量計(jì)整個(gè)硬件采用74HC系列芯片，不僅降低整個(gè)功耗，而且提高元器件本身抗干擾能力，為電源流量計(jì)小型輕量一體化奠定了基礎(chǔ)。
5 微處理器系統(tǒng)電源電壓監(jiān)視技術(shù)
智能電磁流量計(jì)中微處理器系統(tǒng)當(dāng)電源瞬態(tài)欠壓，勵(lì)磁開(kāi)關(guān)脈沖動(dòng)作都會(huì)造成微處理器誤動(dòng)作，數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象，因此必須采用可靠的復(fù)位電路和電源電壓監(jiān)視技術(shù)。最簡(jiǎn)單實(shí)用的方法是采用低成本電源配合高靈敏度的電源電壓監(jiān)視器，提高微處理器系統(tǒng)和抗干擾能力。如圖4所示微處理器電壓監(jiān)視器，其采用TL7705CP電源電壓監(jiān)視器芯片，具有電源加電、電源瞬時(shí)欠壓均能產(chǎn)生可靠的復(fù)位信號(hào)。
五、智能電磁流量計(jì)軟件抗干擾技術(shù)
智能電磁流量計(jì)固化在EPROM中的軟件配合硬件除完成智能電磁流量計(jì)的正常功能外，必須具備較強(qiáng)的抗干擾能力和容錯(cuò)能力，組成完善的應(yīng)用程序。
評(píng)論