电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除

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由此可得管道的体积流量为： ! !) %( " ! 综合式 （ ） 和式 （ ） 得： $ ) ! $ #( % (& % ! !
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式中： 在管道直径 ! 已确定并维 & 称为仪表常数， 持磁感应强度$ 恒定时， & 是一个常数。此时感应 电动势与体积流量具有线性关系。
使用与维修
电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除
高小朋 杜鸿雁 郑贵堂
（河南省安阳钢铁集团公司焦化厂， 安阳 ! ） " " # # !
摘 要 根据电磁流量计的测量原理及励磁方式， 分析了由励磁方式产生的各种干扰问题， 阐述了从根本上 电磁流量计； 励磁； 干扰
对这些干扰信号进行抑制和消除的方法。 关键词
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电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 高小朋， 杜鸿雁， 郑贵堂 河南省安阳钢铁集团公司焦化厂,安阳,455004 计量技术 MEASUREMENT TECHNIQUE 2007，(3) 0次
参考文献(2条) 1.乐嘉谦 仪表维修工 2005 2.《冶金工业部工人视听教材》编辑部 热工测量与自动调节 1991
相似文献(10条) 1.期刊论文 李长奇.张亚先.孙丽梅.刘守宁 电磁流量计的电池供电励磁技术 -数字技术与应用2009(8)
本文介绍了一种电磁流量计,采用电池供电励磁的新技术,包括铁芯铁芯线圈结构、低功耗励磁设计及抗干扰技术.这种新技术拥有电磁流量计高精度 的特点,而且自身功耗大约相当于传统电磁流量计的百分之一,克服了电磁流量计励磁功耗大的缺点,适合于电池供电,可以应用在没有外接电源的现场环 境中.实验数据也在文中一并给出.
# 引言
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的 一种常用仪表， 用于测量封闭管道中导电性液体和 浆液的体积流量。它主要由电磁流量变送器和转换 器两大部分组成。在电磁流量变送器中， 产生磁场 的方式可有多种， 不同的励磁方式会产生不同的干 扰信号， 这些干扰信号与有用的流量信号混杂在一 起， 不仅成分复杂， 而且常常会比流量信号还大。通 常， 在液体的平均流速为$ ／ 变送器产生的流 % &时， 量信号仅为$ 在最大流量时一般也只有几 % ’ 左右， 而干扰严重时， 其幅度可达几十 % % ’， ’。这种情 况下， 电磁流量计根本无法进行正确的测量。因此， 怎样采取措施抑制和消除这些干扰信号， 提高信噪 比， 就成了研制和使用电磁流量计的一个关键技术 问题。
（! （! ） （ ） ( !" ! 3 4 $ #） ! $ % & #5 , . 6 #0!" ##0 比较式 （ ） 与式 （ ） 可知， 测量信号 $ 与干扰信 ( 6 号 相位差 称( 干 ( )。因此， , , . #的频率相同， #为 扰， 又称正交干扰。 在电磁流量计中， 从变送器和转换器两部分采 干扰。 取措施， 来消除或抑制, . * " + " + 从变送器部分采取措施 在变送器的结构上， 注意使闭合回路的平面保 持与交变磁力线平行， 避免磁力线穿过闭合回路， 并 在变 设有干扰调整机构， 以减少干扰信号( #。另外， 送器上设置调零电位器。如图!所示。从一根电极 上引出二根导线， 并分别绕过磁极形成两个回路， 当 有磁力线穿过此闭合回路， 必然在两个回路内产生 方向相反的感应电势， 因此， 在两个回路中有相反方 使两个回路中 向的电流 * * +、 !。通过调零电位器， 以 产生的电流* * +、 !在 +入 上产生的电势相互抵消， 减少干扰信号。 , . * " + " ! 从转换器部分采取措施 对于正交干扰， 除了变送器的干扰调整机构调 零以外，Leabharlann Baidu转换器中也要设置抗干扰机构， 以消除变送 器中剩余的正交干扰信号。否则， 这些剩余的正交 干扰信号同样会被放大器放大， 严重影响仪表正常 工作。为此， 在主放大器的输出端设置抑制和补偿 干扰的机构， 如图*所示。 , .
经主放大器放大后的 # 干扰信号， 被鉴别和 $ % 分离出来， 然后再反馈到主放大器的输入端， 以抵消 输入端进来的# 干扰信号。 $ % " & ! 同相干扰及其抑制方法 同相干扰也称工频干扰或共模干扰， 是指在同 一瞬间出现在变送器的两个电极上， 并且幅值和相 位都相同的干扰信号。当流量为零时， 即被测液体 静止不动时， 所测得的同相信号就是同相干扰信号。 对于同相干扰， 抑制的方法较多。在变送器方 面， 将电极和励磁线圈在几何形状、 尺寸以及性能参 数上做得均衡对称， 并分别严格屏蔽， 以减少电极与 励磁线圈之间的分布电容影响。 " & " 其他应注意的问题 单独、 良好的接地是十分重要的。地电流是同 相干扰产生的主要原因。如果变送器附近存在大功 率的电器设备， 特别是从绝缘不好的等效电路中可 以看出， 接地线接地电阻 ’ " !产生的电压降 !通过变 送器而发生漏电时， 地电流将使各个不同接地点电
2.学位论文 徐辰 电磁流量计低频三值梯形波励磁方法的研究 2005
电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律的速度式流量计.目前,国内外厂家普遍采用低频矩形波励磁方式.此种励磁方式克服了直流励磁产生的电极极 化效应,以及工频正弦波励磁方式产生的正交干扰影响,因此得到了广泛的应用.但是,由于矩形波励磁方式存在电平突变,使得励磁线圈中的磁场强度变化 率dB/dt过高,引入强烈的微分干扰和同相干扰,而且以上两种干扰的幅值和流速无关,导致在小流速测量阶段,传感器输出信号的信噪比明显降低,使得流 量计零点稳定性差和测量准确度下降.梯形波励磁方式,使得电平变化趋于平缓,可以明显降低dB/dt,减小微分干扰和同相干扰的影响,而且三值励磁方式 ,可以通过零值励磁阶段的感应电动势动态补偿零点漂移,进一步提高零点稳定性和测量准确度.本文基于以上的认识,研制了基于低频三值梯形波励磁方 式的电磁流量计样机.具体进行了以下工作:(1)通过查阅国内外相关文献,详细介绍了电磁流量计的基本原理、发展历史及现状;(2)研制了采用低频三值 梯形波作为励磁方式的基于MSP430单片机的电磁流量计样机,并可根据试验需要而改变励磁波形、频率及采样方式等;(3)对低频三值梯形波励磁方式进行 了试验比较,通过与低频三值矩形波励磁方式进行对比试验和三值梯形波励磁方式的不同励磁频率、不同斜边与平台阶段励磁时间比例及与累计流量实验 结果的比较分析,验证了三值梯形波励磁方式的优越性.
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* 干扰的抑制和消除
电磁流量计的干扰问题是随着各种励磁方式产 生的。直流励磁方式易产生极化干扰， 交流励磁方 式易产生正交干扰 （ 干扰） 、 同相干扰 （即工频干 , . 扰） 等。由于实际应用中多采用交流励磁方式， 因此 下面我们主要阐述交流励磁下的干扰问题及其抑制 和消除。 * " + 正交干扰及其抑制或排除方法 正交干扰是指在相位上与流量信号相差 的 , . 干扰。电磁流量变送器采用交流励磁方式时， 要产 生一个交变的磁场， 而由电极、 引出线、 被测介质和 转换器的输入电路所组成的闭合回路， 正处于此交 变磁场中， 如图 + 所示。图中 /入 为转换器的输入 电阻。这个闭合回路不可能与变送器的交变磁场产 生的磁力线完全平行， 总会有一部分交变的磁力线 穿过该闭合回路， 从而在回路内产生一个干扰电动 势， 其大小为： 计量技术 ! , , 2 " 7 4* 万 方数据
( 结束语
通过对电磁流量计实行这一系列的抗干扰措 施， 大大抑制和消除了干扰信号对有用的流量信号 的影响， 提高了测量的准确度， 减少了故障率， 具有 很好的实际应用效果和推广价值。
参考文献
［ ］乐嘉谦+ 仪表维修工&化学工业出版社， ) ! $ $ , ［ ］冶金工业部工人视听教材编辑部&热工测量与自动调节， ! ) # # )
$ 测量原理
根据法拉第电磁感应定律， 当一导体在磁场中 运动而切割磁力线时， 在导体两端便会产生感应电 动势。设在均匀磁场中， 垂直于磁场方向有一个直 径为 ! 的管道。管道由不导磁材料制成， 内表面加 绝缘衬里。当导电的液体在管道中流动时， 导电液 体就切割磁力线， 因而在和磁场及流动方向垂直的 方向将产生感应电动势。如果在管道截面上垂直于 磁场的直径两端安装一对电极， 可以证明， 只要管道 两极之间就会产生感应电 内流速 " 为轴对称分布， 动势：
3.期刊论文 严义.吴红娉.YAN Yi.WU Hong-ping 基于遗传算法的电磁流量计励磁频率优化 -杭州电子科技大学学 报2006,26(3)
分析了励磁频率与测量干扰噪声及被测流体流速之间的关系,指出励磁频率的合理设置能够降低测量误差.为获得当前拾取流量点的最佳励磁频率,提 出了结合个体选择新策略的遗传算法,在实流标定时,采用该算法完成电磁流量计在整个流量区间的励磁频率优化.仿真结果和实际检测数据表明,该方法 有效地提高了仪表的测量精度.
使用与维修
位不同。由如图 ( 所示的变送器内阻 ’ #分别加在 电极$ 和% 上， 其相位相同， 幅值相等， 这就形成同 相干扰。变送器接地线的接地电阻 ’ 造成的 !越大， 同相干扰越强。一般来说， 接地电阻不能大于 ) $ !。 如果不能保证变送器外壳与金属管道良好接触， 就 用金属导线将它们连接起来， 再可靠接地。
图+ 干扰信号的产生 , .
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! " * 低频方波励磁 低频方波励磁方式的励磁电流频率通常为工频 的+ ／ ／ 。在半个周期内， 磁场是恒稳的直流 ’ " + + , 磁场， 它有直流励磁的特点， 受电磁干扰影响很小。 从整个时间过程来看， 方波信号又是一个交变的信 号， 所以它能克服直流励磁易产生的极化现象。因 此， 低频方波励磁是一种比较好的励磁方式， 目前在 电磁流量计上广泛应用。
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万方数据
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使用与维修
! " ! 交流励磁 工业用电磁流量计， 大都采用工频电源交流励 磁方式， 通过励磁线圈产生交变磁场。交流磁场的 磁感应强度可表示为： （! !#!" $ % & #） （ ） ’
式中： !" 为磁极中心处的磁感应强度。电极上产生 的感应电势为： （! $#!" % & $ % & #） 被测液体的体积流量为： ! % $ ’# （! ’ !" $ % & #） （ ） ) （ ） (
) 励磁方式
由电磁流量计的工作原理可知， 为使式 （*） 成 立， 第一个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定 的磁场， 才能保证感应电动势 # 与体积流量% 具有 线性关系， 这就需要选择合适的励磁方式， 也就是产 生磁场的方式。一般有 * 种励磁方式可供选择， 即 直流励磁、 交流励磁、 低频方波励磁。我们现场所用 的电磁流量计多采用低频方波励磁。 ) + $ 直流励磁 直流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁 铁， 结构比较简单， 它能产生一个恒定的均匀磁场。 但是， 采用直流磁场， 电极上产生的感应电动势是直 流电势， 它将引起被测电解质液体电解， 而在电极上 发生极化现象， 破坏了原来的测量条件， 并且管道直 径较大时， 永久磁铁势必也要很大， 这样既笨重又不 经济。直流励磁方式只适用于测量电导率很高而又 不能电解的液态金属的场合。
图! 调零电位器示意图
图( 地电流在接地电阻上产生同相干扰的等效电路
为了减少地电流造成的同相干扰， 在安装接地 线时， 要把变送器两端的管道法兰盘与转换器的外 壳都接在同一点上， 而且不能与动力设备公共地线
图" # 干扰自动补偿原理 $ %
有公共接地点， 以减少同相干扰， 但不能完全消除同 相干扰。因此， 通常还在转换器的前置放大级采用 差动放大电路。这是利用差动放大电器的高共模抑 制比， 使进入转换器输入端的同相干扰信号互相抵 消而被抑制。如果在转换器的前置差动放大级中增 加恒流源电路， 则能更好地抑制同相干扰。 同时， 为了避免干扰信号， 变送器和转换器之间 的信号必须用屏蔽导线传输。不允许把信号电缆和 电源线放在同一电缆钢管内， 且信号电缆长度一般 不得超过" $ *。