電磁流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用中抗干擾技術(shù)的研究和分析
概述
電磁流量計(jì)的發(fā)展和應(yīng)用與其抗干擾技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步密切相關(guān)，特別是近幾十年來(lái)采用三直低頻矩形波動(dòng)勵(lì)磁技術(shù)和雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，以及微處理器硬件和軟件技術(shù)明顯地提高了電磁流量計(jì)抗干擾能力和測(cè)量精度，擴(kuò)大了電磁流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域，改變了人們長(zhǎng)期認(rèn)為電磁流量計(jì)測(cè)量精度低，抗干擾能力差的概念。
使用場(chǎng)合
在工業(yè)上，流量計(jì)是一種流量測(cè)量?jī)x表，電磁流量計(jì)也是流量?jī)x表的一種，一般來(lái)說(shuō)電磁流量計(jì)在不同場(chǎng)合使用的類型也是不同的。
1.在食品衛(wèi)生、醫(yī)藥等行業(yè)中，要求電磁流量計(jì)的傳感器容易被拆卸，這樣清洗起來(lái)也很方便，便于定期對(duì)其進(jìn)行蒸汽滅菌。所以，在衛(wèi)生行業(yè)中，電磁流量計(jì)要符合衛(wèi)生型的規(guī)格。
2.在冶金、造紙、污水處理等行業(yè)中，電磁流量計(jì)一般是分離型的、大口徑法蘭連接式的;而在生物醫(yī)藥、化工等工業(yè)中則使用小口徑、一體型夾裝連接方式的比較多，不同的領(lǐng)域需要的電磁流量計(jì)的規(guī)格是不一樣的。
3.在一些特殊的地方，比如一些防爆型的場(chǎng)合中，需要儀表具有很好的防爆防燃性能，在這些場(chǎng)合中，激磁電流的能量是非常大的，電磁流量計(jì)可以分為氣密型的、隔膜型和充砂型等這幾種。
隨著科技的快速發(fā)展，現(xiàn)在激磁電流的功率下降了很多，所以在防爆場(chǎng)合中最常見(jiàn)的流量計(jì)是安全火花型的，它是由流量的傳感部分和轉(zhuǎn)換部分組成的，主要是用在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)。
4.在渠道中使用的儀表是潛水型的，主要是用于工業(yè)排水和下水道中，他們要借助啟閉機(jī)的力量進(jìn)行相關(guān)排水工作。同時(shí)電磁流量計(jì)的傳感器要安裝在明渠的擋板下不，要長(zhǎng)期浸泡在水下面。
工作原理
電磁流量計(jì)是基于導(dǎo)電性流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)來(lái)推算流體流量的測(cè)量?jī)x表，其基本工作原理是電磁感應(yīng)定律。
因此電磁耦合靜電感應(yīng)是電磁流量計(jì)干擾噪聲的首要來(lái)源；被測(cè)流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾燥聲的第二來(lái)源；電磁流量計(jì)供電電源的電壓和頻率波動(dòng)等電源干擾噪聲是電磁流量計(jì)干擾噪聲的第三來(lái)源。
以上三類干擾噪聲的來(lái)源、機(jī)理、特性不同。對(duì)電磁流量計(jì)的影響方式不同，相應(yīng)采用的抗干擾措施也不同。
電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)的發(fā)展歷史
電磁流量計(jì)的發(fā)展歷史就是其抗干擾技術(shù)的發(fā)展歷史。早在1832年，英國(guó)物理學(xué)家法拉第構(gòu)想地球磁場(chǎng)來(lái)測(cè)量泰晤土河水的流速，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，但未能獲得成功。
主要原因是在直流勵(lì)磁磁場(chǎng)下存在流體介質(zhì)的極化效應(yīng)和熱電效應(yīng)而產(chǎn)生干擾噪聲淹沒(méi)了流量信號(hào)電勢(shì)。河床短路了流速信號(hào)電勢(shì)，加之當(dāng)時(shí)的流量技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到解決各種干擾噪聲的抑制和高阻抗信號(hào)測(cè)量的水平，因此導(dǎo)致首次電磁流量計(jì)實(shí)驗(yàn)研究的失敗。
誠(chéng)然，從電磁流量計(jì)研究伊始就面臨如何克服各種干擾噪聲的棘手難題，正因如此，在以后的電磁流量計(jì)研究過(guò)程中，人們都將其抗干擾技術(shù)列為首要的技術(shù)問(wèn)題。
發(fā)展歷程
電磁流量計(jì)勵(lì)磁技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)其抗干擾技術(shù)的進(jìn)步。50年代末電磁流量計(jì)首次工業(yè)應(yīng)用開(kāi)始，電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，每一次進(jìn)步都是為了解決其抗干擾能力的問(wèn)題，促使電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)出現(xiàn)一次飛躍，電磁流量計(jì)的性能指標(biāo)提高。
第一階段
50年代末六十年代初，為了減弱直流勵(lì)磁磁場(chǎng)下電極表面的嚴(yán)重極化電勢(shì)的影響，采用了工頻正弦波勵(lì)磁技術(shù)，但導(dǎo)致了電磁感應(yīng)、靜電耦合等工頻干擾，致使采用復(fù)雜的正交干擾抑制電路等多種抗干擾措施，難以完全消除工頻干擾噪聲的影響，導(dǎo)致電磁流量計(jì)零點(diǎn)難以穩(wěn)定、測(cè)量精度低、可靠性差。
第二階段
70年代中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和同步采樣技術(shù)的問(wèn)世，采用低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，改變工頻干擾的形態(tài)特征，利用工頻同步采樣技術(shù)，獲得電磁流量計(jì)較好的抗工頻干擾的能力，測(cè)量精度提高、零點(diǎn)穩(wěn)定、可靠性增強(qiáng)。
第三階段
80年代初采用三值低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)和動(dòng)態(tài)校零技術(shù)、同步勵(lì)磁、同步采樣技術(shù)以獲得電磁流量計(jì)最佳的零點(diǎn)穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高抗工頻干擾和極化電勢(shì)干擾的能力。
第四階段
80年代末采用雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，既能克服流體介質(zhì)產(chǎn)生的泥漿干擾和流體流動(dòng)噪聲，又能具有低頻矩形波勵(lì)磁電磁流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)壓性，實(shí)現(xiàn)電磁流量計(jì)零點(diǎn)穩(wěn)定性、抗干擾能力和響應(yīng)速度的最佳統(tǒng)一。
智能電磁流量計(jì)抗干擾技術(shù)的研究（Ⅲ）
電磁流量計(jì)干擾噪聲的物理機(jī)理
1、工頻干擾噪聲
工頻干擾噪聲是由電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合，另外電磁流量計(jì)工作現(xiàn)場(chǎng)的工頻共模干擾，其三供電電源引入的工頻串模干擾等，其產(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。
首先就電磁流量傳感器勵(lì)磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合產(chǎn)生的工頻干擾對(duì)電磁流量計(jì)工作影響最大，而且在不同的勵(lì)磁技術(shù)下其表現(xiàn)的形態(tài)、特性不同，因而采取抗干擾措施也不同。
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)。
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。
3、供電電源性干擾
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。