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电磁流量计原理、使用中问题及解决方案 【摘要】本文简要阐述了几种电磁流量计的抗干扰技术。讨论了电磁流量计几种干扰产生的物理机理和特征。研究了电磁流量计转换器的硬件和软件抗干扰技术，为实现电磁流量计的高精度、高可靠性、高抗干扰能力奠定了坚实的技术基础。 【关键词】电磁流量计； 干扰； 转换器 引言 电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律来测量导电液体体积流量的仪表，具有很多优点，如测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；性能可靠，精度高；可双向测量，具有多种输出类型等等。但在实际测量过程中，干扰信号会与有用信号混在一起，对测量产生影响，在这种情况下如何有效地抑制并排除这些干扰，提高测量的精确度和稳定性就成为研制和使用电磁流量计的一个关键。 1、电磁流量计的工作原理 根据法拉第电磁感应定律。当一个导体在磁场内运动时，在与磁场方向、运动方向相互垂直方向的导体两端，会产生感应电动势，其大小与导体运动速度和磁场的磁感应强度大小成正比。 如图一，当导电流体以平均流速V（m/s）通过装有一对测量电极的一根内径为D（m）的绝缘导管内流动时，该管道处于一个均匀的磁感应强度为B（T）的磁场中，那么在一对电极上就会产生感应电动势E（V），它的方向垂直于磁场和流体的方向。 法拉第电磁感应定律为：E=BDV （1） 流量的体积流量为：Qv= （2） 由公式（1）和（2）可得到：QV= （3） 因此电动势可表示为： （4） 当B是一个常数时，对某一个固定的口径D也是一个已知数，公式（3）中 ，那么公式（3）可改写为： （5） 从公式（5）可以看出，流量Qv与电动势E成正比 2、电磁流量计使用中常见的问题分析 传感器提供给转换器的流量信号为电极间的电位差只有几个毫伏，信号较小。在实际测量中，由于电磁感应、静电感应以及电化学电势等原因，电极上所得到的毫伏信号不仅仅是与流速成比例的电动势，也包含各种各样的干扰成分在内，造成流量计在使用中出现各种各样的问题，归纳总结如下： 2.1测量信号数值不准、不稳、乱跳问题 通过现场分析发现，电磁流量计工作环境中存在工频信号，这些工频信号耦合到激磁回路、电极、前端放大器中形成工频干扰，而现有产品中信号处理电路通常采用的低通滤波往往很难将工频干扰完全滤出，是造成测量信号数值不准、不稳、乱跳的主要原因。 其次，工业现场中存在大量的随机干扰，这些干扰信号混入到测量信号中也是造成测量信号数值不准、不稳、乱跳的原因之一。 2.2零点漂移问题 零点漂移，就是当传感器的输入信号为零时，放大器的输出并不是零。零点漂移的信号会在各级放大的电路间传递，经过多级放大后，在输出端成为较大的信号，由于传感器输出的有用信号较弱，零点漂移就可能将有用信号淹没，使电路无法正常工作。 通过现场分析发现，由于电磁屏蔽缺陷，接地不良，杂散电容等引起返回电流不平衡产生共模干扰，导致电路某些参考电位变化，是造成流量计零点漂移的原因之一， 其次，流量计所处的环境温度变化较大，造成电路受温度影响产生变化，也是造成零点漂移问题的原因之一。 2.3现场显示死机、乱码问题 由于现场中存在大量的用电设备及控制设备，在对设备启动及控制时，会对供电系统产生浪涌冲击，造成流量计的供电电压不稳定，直接影响到流量计的控制电路，造成控制程序失控导致现场显示死机、乱码问题。 3、解决方案 3.1测量信号数值不准、不稳、乱跳问题的解决方案 由上文可以看出，造成电磁流量计测量信号数值不准、不稳、乱跳问题的主要根源为工频干扰，通过论证采用同步采样技术可以有效抑制测量信号中的工频干扰信号。同步采样也称为跟踪采样，即为了使采样频率fs始终与系统实际运行的频率f1保持固定的比例关系N=fs/f1，其采样脉宽为工频周期的整数倍，使流量信号电势中工频干扰平均值等于零，以消除工频干扰的影响；对于随机干扰信号可以采用数字滤波程序进行处理，针对不同的干扰信号可以采用程序判断滤波、中值滤波、算术平均值滤波、滑动平均值滤波、加权滑动平均值滤波等滤波方式可收到很好的效果。 3.2零点漂移问题的解决方案 共模干扰是指信号输入通道上共有的干扰电压。通常输入通道设计中采用的是单端对地输入方式，因此造成共模信号耦合到有用信号当中，造成零点的漂移。通过改变输入通道输入方式，把单端对地输入方式改为双端不对地输入方式即通常所说的差动输入方式，通过差动输入方式使共模干扰在输入通道上的干扰电压得以抵消，使得共模干扰产生零点漂移问题得以解决。 对于环境温度变化造成的零点漂移问题，采用温度补偿技术使这一问题得到了很好的解决。即在电路中增加了环境温度检测部分，并把检测到的温度值实时传给单片机，单片机根据采到的温度变化，对电路中的一些参数进行纠偏，大大减小了环境温度变化对对电路产生的零点漂移。 3.3现场显示死机、乱码问题的解决方案 对于程序失控造成的死机、乱码问题，电路中增加了程序运行监控电路即看门狗，功能是当单片机程序失控时能及时发现并是整个系统复位，使程序的运行重新回到正确的轨道当中，避免了死机、乱码问题的发生。 此外产品中还运用了掉电保护技术，软件指令冗余措施，软件陷阱抗干扰技术，这些措施的采用也有效地保护了电磁流量计单片机程序的失控。 4、结束语 电磁流量计在设计中采用了多种抗干扰的措施后，其测量精确度和运行可靠性大幅提高，并在实际应用中取得了不错的效果。 参考文献 1唐樊官，彭端.新一代智能电磁流量计的研究J.第三届全国敏感元件与传感器学术会议论文集，1993 2王献青.直接耦合放大电路中零点漂移的分析J.动力与电气工程，2008 3李飞.对电磁流量计中干扰问题的讨论J.仪器仪表学报，2005 电磁流量计使用中常见的问题及解决方案传感器提供给转换器的流量信号为电极间的电位差只有几个毫伏，信号较小。在实际测量中，由于电磁感应、静电感应以及电化学电势等原因，电极上所得到的毫伏信号不仅仅是与流速成比例的电动势，也包含各种各样的干扰成分在内，造成流量计在使用中出现各种各样的问题，归纳总结如下：1 测量信号数值不准、不稳、乱跳问题通过现场分析发现，电磁流量计工作环境中存在工频信号，这些工频信号耦合到激磁回路、电极、前端放大器中形成工频干扰，而现有产品中信号处理电路通常采用的低通滤波往往很难将工频干扰完全滤出，是造成测量信号数值不准、不稳、乱跳的主要原因。其次，工业现场中存在大量的随机干扰，这些干扰信号混入到测量信号中也是造成测量信号数值不准、不稳、乱跳的原因之一。2 零点漂移问题零点漂移，就是当传感器的输入信号为零时，放大器的输出并不是零。零点漂移的信号会在各级放大的电路间传递，经过多级放大后，在输出端成为较大的信号，由于传感器输出的有用信号较弱，零点漂移就可能将有用信号淹没，使电路无法正常工作。通过现场分析发现，由于电磁屏蔽缺陷，接地不良，杂散电容等引起返回电流不平衡产生共模干扰，导致电路某些参考电位变化，是造成流量计零点漂移的原因之一，其次，流量计所处的环境温度变化较大，造成电路受温度影响产生变化，也是造成零点漂移问题的原因之一。3 现场显示死机、乱码问题由于现场中存在大量的用电设备及控制设备，在对设备启动及控制时，会对供电系统产生浪涌冲击，造成流量计的供电电压不稳定，直接影响到流量计的控制电路，造成控制程序失控导致现场显示死机、乱码问题。 解决方案1 测量信号数值不准、不稳、乱跳问题的解决方案由上文可以看出，造成电磁流量计测量信号数值不准、不稳、乱跳问题的主要根源为工频干扰，通过论证采用同步采样技术可以有效抑制测量信号中的工频干扰信号。同步采样也称为跟踪采样，即为了使采样频率fs始终与系统实际运行的频率f1保持固定的比例关系N=fs/f1，其采样脉宽为工频周期的整数倍，使流量信号电势中工频干扰平均值等于零，以消除工频干扰的影响；对于随机干扰信号可以采用数字滤波程序进行处理，针对不同的干扰信号可以采用程序判断滤波、中值滤波、算术平均值滤波、滑动平均值滤波、加权滑动平均值滤波等滤波方式可收到很好的效果。2 零点漂移问题的解决方案共模干扰是指信号输入通道上共有的干扰电压。通常输入通道设计中采用的是单端对地输入方式，因此造成共模信号耦合到有用信号当中，造成零点的漂移。通过改变输入通道输入方式，把单端对地输入方式改为双端不对地输入方式即通常所说的差动输入方式，通过差动输入方式使共模干扰在输入通道上的干扰电压得以抵消，使得共模干扰产生零点漂移问题得以解决。对于环境温度变化造成的零点漂移问题，采用温度补偿技术使这一问题得到了很好的解决。即在电路中增加了环境温度检测部分，并把检测到的温度值实时传给单片机，单片机根据采到的温度变化，对电路中的一些参数进行纠偏，大大减小了环境温度变化对对电路产生的零点漂移。3 现场显示死机、乱码问题的解决方案对于程序失控造成的死机、乱码问题，电路中增加了程序运行监控电路即看门狗，功能是当单片机程序失控时能及时发现并是整个系统复位，使程序的运行重新回到正确的轨道当中，避免了死机、乱码问题的发生。此外产品中还运用了掉电保护技术，软件指令冗余措施，软件陷阱抗干扰技术，这些措施的采用也有效地保护了电磁流量计单片机程序的失控。本文由江苏德图仪表有限公司为您提供，转载请注明出处！ (function() var s =