摘(zhai)要:本文(wen)簡要闡(chan)述了幾(ji)種 電磁(ci)流量計(ji) (EMF)的抗幹(gan)擾技術(shu)。同時,讨(tao)論了電(dian)磁流量(liang)計三類(lei)幹擾噪(zao)聲産生(sheng)的物理(li)機理和(he)特征。研(yan)究了矩(ju)形波勵(li)磁型智(zhi)能電⭐磁(ci)流量計(ji)的硬件(jian)和軟件(jian)抗幹擾(rao)技術,爲(wei)實現智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji) 的高精(jing)度、高可(ke)靠性、高(gao)抗幹擾(rao)能力奠(dian)定了堅(jian)實的技(ji)術基礎(chu)。
1概述
　　電(dian)磁流量(liang)計是基(ji)于導電(dian)性流體(ti)在磁場(chang)中運動(dong)所産生(sheng)🏃‍♂️的感應(ying)電勢來(lai)推算流(liu)體流量(liang)的測量(liang)儀表,其(qi)基本工(gong)作原理(li)是電磁(ci)感應定(ding)律。因此(ci)電磁耦(ou)合靜☎️電(dian)感應是(shi)電磁流(liu)量計幹(gan)擾噪聲(sheng)的首要(yao)來源;被(bei)測流體(ti)介質特(te)性産生(sheng)的電化(hua)學幹擾(rao)噪聲是(shi)電磁流(liu)量計幹(gan)擾噪🌐聲(sheng)的第二(er)來源;電(dian)磁流量(liang)計供電(dian)電源😄的(de)電壓和(he)頻率波(bo)動等電(dian)源幹擾(rao)噪聲是(shi)電磁流(liu)量😍計幹(gan)擾噪聲(sheng)的第三(san)來源。以(yi)上三類(lei)幹擾噪(zao)聲的來(lai)源、機理(li)、特性不(bu)同。對電(dian)磁流量(liang)計的影(ying)響🈲方式(shi)不同,相(xiang)應采用(yong)的抗幹(gan)擾措施(shi)也不🌈同(tong)。本文結(jie)合雙頻(pin)矩✊形波(bo)勵磁智(zhi)能電🛀磁(ci)流量計(ji)的研究(jiu)工作,着(zhe)重就智(zhi)✏️能電磁(ci)流量計(ji)抗幹擾(rao)技術加(jia)以探讨(tao),提出一(yi)些抗幹(gan)擾的對(dui)策,以供(gong)智能儀(yi)🈚器研究(jiu)設計參(can)考。
2電磁(ci)流量計(ji)幹擾噪(zao)聲的物(wu)理機理(li)、特性及(ji)其對策(ce)
　　爲了對(dui)電磁流(liu)量計抗(kang)幹擾技(ji)術加以(yi)探讨,首(shou)先必須(xu)對電磁(ci)流量計(ji)幹擾噪(zao)聲産生(sheng)的物理(li)機理和(he)特性加(jia)以分析(xi)研🆚究,從(cong)而根據(ju)各種幹(gan)擾噪聲(sheng)的特性(xing)采用相(xiang)應的抗(kang)幹擾對(dui)策,以提(ti)💔高電磁(ci)流量計(ji)抗幹擾(rao)的能力(li)。
2.1工頻幹(gan)擾噪聲(sheng)
　　工頻幹(gan)擾噪聲(sheng)是由電(dian)磁流量(liang)傳感器(qi)勵磁繞(rao)組和流(liu)體、電💃🏻極(ji)、放大器(qi)輸入回(hui)路的電(dian)磁耦合(he),其二是(shi)電❄️磁流(liu)量計工(gong)作現場(chang)的工頻(pin)共模幹(gan)擾,其三(san)是供電(dian)⭐電源引(yin)入的工(gong)頻串模(mo)幹擾等(deng),其産生(sheng)的物理(li)機理均(jun)是電磁(ci)☎️感應原(yuan)理。首先(xian)就電磁(ci)流量傳(chuan)感器勵(li)磁繞組(zu)和流體(ti)、電極、放(fang)大器輸(shu)入回路(lu)的👉電磁(ci)耦合産(chan)生的工(gong)頻幹擾(rao)🚩對電磁(ci)流量計(ji)🔞工作影(ying)響最大(da),而且🍓在(zai)不同的(de)勵磁技(ji)🙇‍♀️術下其(qi)表現的(de)形态、特(te)性不同(tong),因而采(cai)取抗幹(gan)擾措施(shi)🎯也不同(tong),電磁流(liu)量傳感(gan)器原理(li)見圖1(a)。在(zai)工頻正(zheng)弦波勵(li)磁磁場(chang)下,此種(zhong)電磁耦(ou)合工✔️頻(pin)幹擾噪(zao)聲表現(xian)形式爲(wei)正交幹(gan)擾(見圖(tu)1b),又稱爲(wei)變❗壓器(qi)電勢,其(qi)特點是(shi)幹擾噪(zao)聲幅值(zhi)和工頻(pin)正弦波(bo)勵磁頻(pin)率成正(zheng)比,相位(wei)滞後流(liu)量信号(hao)電勢90°,且(qie)幅值較(jiao)流量信(xin)号電勢(shi)大幾個(ge)數量級(ji)♈。

　　對(dui)于工頻(pin)共模幹(gan)擾和工(gong)頻串模(mo)幹擾是(shi)常見的(de)幹🐇擾,主(zhu)要是由(you)于電磁(ci)屏蔽缺(que)陷、分布(bu)電容耦(ou)合、電磁(ci)流量計(ji)接地不(bu)良等原(yuan)因産生(sheng),采用輸(shu)入保護(hu)技術、高(gao)輸入阻(zu)抗、高共(gong)模抑制(zhi)比自舉(ju)前置放(fang)大器技(ji)術以及(ji)重複接(jie)地技術(shu),工頻寬(kuan)脈沖同(tong)步采樣(yang)技術等(deng)提高抗(kang)工頻幹(gan)擾的能(neng)力。
2.2流體(ti)介質特(te)性産生(sheng)的電化(hua)學幹擾(rao)噪聲
(a)電(dian)化學極(ji)化電勢(shi)幹擾是(shi)由于電(dian)極感生(sheng)電動勢(shi)在兩極(ji)極性不(bu)同而導(dao)緻電解(jie)質在電(dian)極表面(mian)極化産(chan)生。雖🔴然(ran)采用正(zheng)🌍負交變(bian)勵磁磁(ci)場能顯(xian)著減弱(ruo)極化電(dian)勢的👄數(shu)量級,但(dan)不能根(gen)本上完(wan)全消除(chu)極化電(dian)勢幹擾(rao)。
(b)泥漿幹(gan)擾是在(zai)測量泥(ni)漿、纖維(wei)漿等液(ye)固兩相(xiang)導電性(xing)流體流(liu)量時,固(gu)體顆粒(li)或者氣(qi)泡擦過(guo)電極表(biao)面時,電(dian)極表🌂面(mian)的接觸(chu)電化學(xue)電勢突(tu)然變化(hua),電磁流(liu)🌍量傳感(gan)💯器輸出(chu)信号出(chu)現尖峰(feng)脈沖狀(zhuang)幹擾噪(zao)聲。
(c)流體(ti)流動噪(zao)聲是在(zai)測量低(di)導率液(ye)體(100vs cm以下(xia))流體流(liu)量時,電(dian)極的🧡電(dian)化學電(dian)勢定期(qi)波動,産(chan)生随流(liu)量增加(jia)而頻率(lü)增加🚩的(de)随機幹(gan)擾噪聲(sheng),具有類(lei)似泥漿(jiang)幹😍擾的(de)1 f頻譜特(te)性,因此(ci)提高勵(li)磁頻率(lü)有助于(yu)降低流(liu)體流動(dong)噪聲的(de)數量級(ji),以提高(gao)電磁流(liu)量傳感(gan)器測㊙️量(liang)低導電(dian)率流體(ti)流量的(de)✏️信噪比(bi)。
2.3供電電(dian)源性幹(gan)擾
　　電磁(ci)流量計(ji)一般都(dou)采用工(gong)頻交流(liu)電源供(gong)電,其電(dian)🔅源電💯壓(ya)的幅值(zhi)和頻率(lü)的變化(hua)都會給(gei)電磁流(liu)量計帶(dai)來電源(yuan)性幹擾(rao)噪聲。對(dui)電源電(dian)壓的幅(fu)值變化(hua),因采用(yong)多級集(ji)成穩壓(ya),一般而(er)言電源(yuan)電壓的(de)幅值變(bian)化對電(dian)磁🛀流量(liang)的測量(liang)精度影(ying)🍉響不大(da)。當👈電源(yuan)電壓的(de)頻率波(bo)動時,雖(sui)然其波(bo)動範圍(wei)有限,但(dan)對電磁(ci)流🐪量計(ji)測量精(jing)度影響(xiang)較大。
3智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)硬件抗(kang)幹擾技(ji)術
　　綜合(he)上述電(dian)磁流量(liang)計幹擾(rao)噪聲産(chan)生的物(wu)理和特(te)性分析(xi),智能🐅電(dian)磁流量(liang)計分别(bie)采用硬(ying)件和軟(ruan)件幹擾(rao)技術,以(yi)⭐提高電(dian)磁流量(liang)計抗幹(gan)擾能力(li)。
3.1新型勵(li)磁技術(shu)是提高(gao)電磁流(liu)量計抗(kang)幹擾能(neng)力的重(zhong)🧡要手🌈段(duan)
　　電磁流(liu)量計勵(li)磁技術(shu)的發展(zhan),不僅減(jian)弱電極(ji)極化♻️電(dian)勢、泥漿(jiang)✊幹擾、流(liu)動噪聲(sheng)的影響(xiang),又能改(gai)變工頻(pin)幹擾的(de)形态,便(bian)于同步(bu)采樣技(ji)術處理(li)工頻幹(gan)擾噪聲(sheng),以避免(mian)工頻幹(gan)擾的影(ying)👅響。目前(qian)電磁流(liu)量傳感(gan)器采用(yong)工頻頻(pin)率同步(bu)三值低(di)頻矩形(xing)勵磁和(he)雙頻矩(ju)形波勵(li)磁,從而(er)🔴提高電(dian)磁流量(liang)計整個(ge)抗幹擾(rao)能力,提(ti)高電磁(ci)流量☔計(ji)的測量(liang)精度和(he)可靠性(xing)。
3.2前置放(fang)大器的(de)設計是(shi)提高抗(kang)幹擾能(neng)力的首(shou)要環節(jie)
　　電磁流(liu)量傳感(gan)器輸出(chu)流信号(hao)十分微(wei)弱,内阻(zu)抗較高(gao),因此🈲高(gao)輸入阻(zu)抗、低漂(piao)移、低噪(zao)聲、高CRMM前(qian)置放大(da)器才能(neng)滿足抗(kang)同相共(gong)模幹🔞擾(rao)的要求(qiu)。前置放(fang)大器采(cai)用JFET高輸(shu)入阻抗(kang)電壓緩(huan)沖器,低(di)漂移低(di)噪聲減(jian)法器,精(jing)密電阻(zu)精心匹(pi)配♈組成(cheng)儀用㊙️放(fang)大器,并(bing)采用輸(shu)入💃保護(hu)技術,共(gong)模電壓(ya)自舉技(ji)術和接(jie)地技術(shu)大大提(ti)高抗共(gong)模幹擾(rao)的能力(li),抑制零(ling)點漂移(yi)的影響(xiang)。


3.3同步(bu)采樣的(de)頻率補(bu)償技術(shu)
　　同步采(cai)樣和工(gong)頻電源(yuan)頻率監(jian)視補償(chang)技術,是(shi)提高抗(kang)流⛹🏻‍♀️量信(xin)号電勢(shi)中混入(ru)工頻幹(gan)擾和工(gong)頻電源(yuan)頻率波(bo)動産生(sheng)工頻幹(gan)擾能力(li)的有效(xiao)方法。同(tong)步采樣(yang)技術,其(qi)采樣脈(mo)寬爲工(gong)頻周期(qi)的整數(shu)倍,使流(liu)量信号(hao)電勢中(zhong)工頻幹(gan)擾🔴平均(jun)值等🌏于(yu)零,以消(xiao)除工頻(pin)幹🐕擾的(de)影響;工(gong)頻電源(yuan)的頻率(lü)波動補(bu)償是保(bao)證頻率(lü)的動态(tai)波動中(zhong),勵磁電(dian)源和采(cai)✉️樣脈沖(chong)得以同(tong)步調整(zheng),真正實(shi)現同步(bu)采樣技(ji)術和同(tong)步💘勵磁(ci)技術,同(tong)步A D轉換(huan),以降低(di)工頻幹(gan)擾的影(ying)響。
3.4采用(yong)新型HCMOS系(xi)列芯片(pian)技術
　　采(cai)用74HC系列(lie)芯片技(ji)術較采(cai)用74LS系列(lie)芯片其(qi)低噪聲(sheng)容限提(ti)高2.4倍,高(gao)燥聲容(rong)限提高(gao)2.1倍,智能(neng)電磁流(liu)量計整(zheng)個硬件(jian)采🔆用74HC系(xi)列芯🙇🏻片(pian),不👄僅降(jiang)低整個(ge)功耗,而(er)且提高(gao)元器🔴件(jian)本身🚶‍♀️抗(kang)幹擾能(neng)力,爲電(dian)磁流量(liang)計小型(xing)輕量一(yi)體化奠(dian)定了基(ji)礎。
3.5微處(chu)理器系(xi)統電源(yuan)電壓監(jian)視技術(shu)
　　智能電(dian)磁流量(liang)計中微(wei)處理器(qi)系統當(dang)電源瞬(shun)态欠壓(ya)🥵,勵磁開(kai)✏️關脈沖(chong)動作都(dou)會造成(cheng)微處理(li)器誤動(dong)作,數據(ju)丢失等(deng)現🈲象,因(yin)此必須(xu)采用可(ke)靠的複(fu)位電路(lu)和電源(yuan)電壓監(jian)視技術(shu)。最簡單(dan)實用的(de)方法是(shi)采用低(di)成本電(dian)源配合(he)高靈敏(min)度的電(dian)源電壓(ya)監視器(qi),提📞高微(wei)處理器(qi)系統和(he)抗幹✉️擾(rao)能力。如(ru)圖⛹🏻‍♀️2所示(shi)微處理(li)器電壓(ya)監視器(qi),其采用(yong)TL7705CP電源電(dian)壓監視(shi)器芯片(pian),具有電(dian)源加電(dian)、電源瞬(shun)時欠壓(ya)均能産(chan)生可靠(kao)的複位(wei)信🏃号。
4智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)軟件抗(kang)幹擾技(ji)術
　　智能(neng)電磁流(liu)量計固(gu)化在EPROM中(zhong)的軟件(jian)配合硬(ying)件除完(wan)✉️成智能(neng)電磁流(liu)量計的(de)正常功(gong)能外,必(bi)須具備(bei)較強💛的(de)抗幹擾(rao)能力和(he)容錯能(neng)力,組成(cheng)完善的(de)應用程(cheng)序。
4.1數字(zi)濾波技(ji)術
　　數字(zi)濾波技(ji)術是智(zhi)能儀器(qi)中最常(chang)采用的(de)技術,能(neng)夠完成(cheng)模拟🌍濾(lü)波器不(bu)能完成(cheng)的功能(neng),很容易(yi)解決脈(mo)沖幹擾(rao)剔除、數(shu)字電路(lu)毛刺幹(gan)擾消除(chu)、A D轉換器(qi)的抗工(gong)頻能力(li)以及輸(shu)入🏃🏻‍♂️微處(chu)理器數(shu)字💛的可(ke)靠性問(wen)題。
4.2程控(kong)放大器(qi)技術
　　程(cheng)控放大(da)器技術(shu)即解決(jue)電磁流(liu)量計量(liang)程自動(dong)轉🌈換👨‍❤️‍👨問(wen)題,同時(shi)利用增(zeng)益控制(zhi)方法有(you)效削弱(ruo)微分幹(gan)擾峰值(zhi)使放大(da)器過載(zai)的問題(ti),便于流(liu)量信号(hao)電勢處(chu)理,提✌️高(gao)抗微分(fen)幹擾㊙️的(de)能力。
4.3微(wei)處理器(qi)硬件故(gu)障自診(zhen)斷技術(shu)
　　微處理(li)器硬件(jian)故障自(zi)診斷技(ji)術是采(cai)用軟件(jian)容錯設(she)計🐇,極大(da)🔴地提高(gao)硬件系(xi)統的可(ke)靠性,從(cong)而提高(gao)整個智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)🌈的抗幹(gan)擾能力(li)。具體包(bao)括CPU自診(zhen)斷,定時(shi)器診斷(duan),中斷功(gong)能診斷(duan),RAM診斷,A D通(tong)道診斷(duan)和校正(zheng),D A通道診(zhen)斷,數字(zi)I O口通道(dao)的診斷(duan)等部分(fen),涉及到(dao)智能電(dian)磁流量(liang)計的關(guan)鍵部☂️件(jian)。
4.4微處理(li)器抗幹(gan)擾技術(shu)
　　上述各(ge)種抗幹(gan)擾措施(shi)是解決(jue)輸入、輸(shu)出通道(dao)中的各(ge)種幹擾(rao)問⭐題,當(dang)幹擾噪(zao)聲沒有(you)作用到(dao)微處理(li)器本身(shen)時,微處(chu)理器仍(reng)然正💋确(que)無誤地(di)執行各(ge)種抗幹(gan)擾軟件(jian),消除或(huo)者削弱(ruo)幹擾噪(zao)聲對電(dian)磁流量(liang)計輸入(ru)輸出通(tong)路的影(ying)響,當幹(gan)擾噪聲(sheng)通過三(san)總線等(deng)作用到(dao)微處理(li)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻器本身(shen),CPU将不能(neng)按正常(chang)狀态執(zhi)行程序(xu),導緻智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)整個工(gong)📱作混亂(luan),爲了提(ti)高微處(chu)理器自(zi)👈身的抗(kang)幹擾能(neng)力采用(yong)硬件和(he)軟件相(xiang)配合的(de)多種抗(kang)幹擾措(cuo)❤️施。多種(zhong)複位方(fang)式解決(jue)失控的(de)CPU最簡單(dan)的方法(fa),掉電保(bao)護技術(shu),軟件指(zhi)令冗餘(yu)措施,軟(ruan)件陷阱(jing)抗幹擾(rao)方法也(ye)是排除(chu)智能電(dian)磁流量(liang)計微處(chu)理器失(shi)控的有(you)效方法(fa)。
4.5程序運(yun)行監視(shi)系統(WATCHDOG)
　　智(zhi)能電磁(ci)流量計(ji)采用程(cheng)序運行(hang)監視系(xi)統以監(jian)視微處(chu)理器執(zhi)行應用(yong)程序的(de)狀況,當(dang)程序正(zheng)彈到一(yi)💔個臨時(shi)構💃🏻成的(de)🥵死循環(huan)中時看(kan)門狗能(neng)及時發(fa)并強迫(po)系統🙇‍♀️複(fu)位,擺脫(tuo)死循🔞環(huan)狀态,圖(tu)3所示是(shi)由硬件(jian)和軟件(jian)配合構(gou)成的程(cheng)❗序運行(hang)監視器(qi)。
5結束語(yu)
　　智能電(dian)磁流量(liang)計多種(zhong)抗幹擾(rao)技術的(de)采用,使(shi)電磁流(liu)量計🤞抗(kang)✉️幹擾能(neng)力增強(qiang),精度和(he)可靠性(xing)提高,不(bu)僅實現(xian)了電磁(ci)流量計(ji)⛱️小型輕(qing)量一體(ti)化智能(neng)化,而且(qie)推動了(le)🤞電磁流(liu)量計的(de)廣泛應(ying)用,開拓(tuo)了電磁(ci)流量計(ji)的潛在(zai)市場。

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