淺析采取何種對(duì)策來(lái)提高液堿流量計(jì)抗干擾能力
點(diǎn)擊次數(shù)：2147 發(fā)布時(shí)間：2020-08-14 09:13:07
液堿流量計(jì)是依靠于電磁感應(yīng)原理來(lái)工作的智能化電子儀表，在現(xiàn)代化的生產(chǎn)環(huán)境中，各種工業(yè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)中都會(huì)產(chǎn)生各種各樣會(huì)對(duì)液堿流量計(jì)產(chǎn)生干擾的電磁信號(hào)噪音，對(duì)于從事儀表研發(fā)與制造的技術(shù)人員以及儀器儀表用戶的技術(shù)使用與維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)于液堿流量計(jì)的抗干擾能力的關(guān)注與提高是一個(gè)重要的課題，本文就是對(duì)如何提高液堿流量計(jì)的抗干擾能力所作的探討。液堿流量計(jì)的抗干擾能力的高低，會(huì)直接影響儀表的壽命和工作效率，要想提高儀表的抗干擾能力，*先要搞清楚液堿流量計(jì)干擾噪聲產(chǎn)生的物理機(jī)理和特性，對(duì)相關(guān)的干擾因素進(jìn)行分析研究，從而根據(jù)各種干擾噪聲的特性采用相應(yīng)的抗干擾對(duì)策，以提高流量計(jì)抗干擾的能力。干擾因素總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
一、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)*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。
二 、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，另外液堿流量計(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。*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)液堿流量計(jì)工作影響*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、液堿流量計(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。
三、泥漿干擾
泥漿干擾是在測(cè)量泥漿、纖維漿等液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)，固體顆粒或者氣泡擦過(guò)電極表面時(shí)，電極表面的接觸電化學(xué)電勢(shì)突然變化，電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲如圖3所示。在勵(lì)磁頻率較低時(shí)，泥漿干擾的數(shù)量級(jí)較大，高頻時(shí)干擾數(shù)量級(jí)較小，具有1/f的頻譜特性。提高抗泥漿干擾的能力必須采用較高頻率的矩形波勵(lì)磁，以提高液堿流量計(jì)傳感器輸出的信噪比，但會(huì)犧牲液堿流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性。另外也可采用流量信號(hào)變化率限制方法以剔除脈沖干擾對(duì)液堿流量計(jì)的影響，但會(huì)犧牲儀表的響應(yīng)速度。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。
四、供電電源性干擾
液堿流量計(jì)一般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)給液堿流量計(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)液堿流量計(jì)測(cè)量精度影響較大。在智能矩形波勵(lì)磁液堿流量計(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，雖然采用采樣技術(shù)但是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，這樣才能真正的解決這一問(wèn)題。
對(duì)于以上所描述的四種干擾因素以及干擾液堿流量計(jì)的方法及相關(guān)分析，我們?cè)谌粘Ｊ褂弥袘?yīng)該倍加注意，應(yīng)該盡快找到相關(guān)對(duì)策，解決這一問(wèn)題，提高液堿流量計(jì)的抗干擾能力，提高我們的儀表壽命和工作效率。
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一、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)*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。
二 、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，另外液堿流量計(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。*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)液堿流量計(jì)工作影響*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、液堿流量計(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。
三、泥漿干擾
泥漿干擾是在測(cè)量泥漿、纖維漿等液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)，固體顆粒或者氣泡擦過(guò)電極表面時(shí)，電極表面的接觸電化學(xué)電勢(shì)突然變化，電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲如圖3所示。在勵(lì)磁頻率較低時(shí)，泥漿干擾的數(shù)量級(jí)較大，高頻時(shí)干擾數(shù)量級(jí)較小，具有1/f的頻譜特性。提高抗泥漿干擾的能力必須采用較高頻率的矩形波勵(lì)磁，以提高液堿流量計(jì)傳感器輸出的信噪比，但會(huì)犧牲液堿流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性。另外也可采用流量信號(hào)變化率限制方法以剔除脈沖干擾對(duì)液堿流量計(jì)的影響，但會(huì)犧牲儀表的響應(yīng)速度。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。
四、供電電源性干擾
液堿流量計(jì)一般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)給液堿流量計(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)液堿流量計(jì)測(cè)量精度影響較大。在智能矩形波勵(lì)磁液堿流量計(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，雖然采用采樣技術(shù)但是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，這樣才能真正的解決這一問(wèn)題。
對(duì)于以上所描述的四種干擾因素以及干擾液堿流量計(jì)的方法及相關(guān)分析，我們?cè)谌粘Ｊ褂弥袘?yīng)該倍加注意，應(yīng)該盡快找到相關(guān)對(duì)策，解決這一問(wèn)題，提高液堿流量計(jì)的抗干擾能力，提高我們的儀表壽命和工作效率。
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