对电磁流量计中干扰问题的讨论

一 ＇Ｒ＋ ｓ一 ＇Ｒ＋ ｓ ｒ ， ｒ ｒ ， Ｒｒ ＋ Ｒ ＋
ｅ ， ｓ） ＇ ， ｓ） （ ＋Ｒ＋Ｒｒ一ｅ ｒ ｒ （＋Ｒ ＋Ｒｒ ＇
（＇ ＋Ｒｓ ） ｓ） ｒ ＋Ｒ， ｒ （ ｒ十Ｒ， ＋Ｒ ｒ 调整 电 位器 ， ： 使
（ ５）
ｅｒ ， ｒ一ｅ ｒ ＋Ｒ ｒ二０ ｓ） ＇ ， ｓ） （＋Ｒ＋Ｒ （ ＋Ｒ
ｅｅｔｏ ｇ ｅｉ ｆ ｗｍｅｅ ， ｅａ ｍｅｈ ｄ ｏ ａｔ－ ｔｒｅｅ ｃ ａｅ ｏ ｏｅ． ｌｃｒｍａｎ ｔ ｌ ｃ ｏ ｔｒ ｓｖ ｒｌ ｔｏｓ ｎｉｎｅｆｒｎｅ ｐ ｐ ｓｄ ｅ ｆ ｉ ｒ ｒ Ｋｅ ｗ ｒ ｓ ｌｃｒｍａｎ ｔ ｆ ｗｍｅｅ Ａｎｉｉｔｒｅｅｃ ｙ ｄ Ｅｅｔｏ ｇ ｅｉ ｌ ｏ ｃ ｏ ｔｒ ｔ ｎｅｆｒｎｅ －
Ｎｌ ｉ ｉ＝ ０ ｉ 一 ＇
： ： ：
因此 ， 论 上讲 ， 这 样 的方 法 可 以把 因变送 器 从理 用
产生的正交干扰完全消除。 由于制造工艺的原因， 但 不
（） ｒ同步采样信号
可能 完全 消 除 所 以还 必须 采 取 其 他的 措施
如 图 ２所 示 ， 种 方 法 是 在一 个 电极 上 引 出 两 根 这
当信号连续时， 我们可使用同步采样技术对信号 进行采样Ｄ。 ｊ但要注意采样区域 、 宽度、 对称度、 及采样
的 起始 点 的选 取 ， 别 是在 小 流量 情 况下 ， 电磁流 量 特 对 计 的 测量 精 度有 较 大 的影 响 。采 样频 率 要 选为 工频 周 期 的 整数 倍 。这 样 即使 棍 有干 扰 信号 因其 采样 时间 为
（ ｅａｔ ｎ ｏ Ｃｎｒｌ ｅｃ￥Ｅｎｉｅｒ ｇ， ｅａｇ ｉ ｒｔ， ｎｚｏ ３０２， ｉａ Ｄ ｐｒ ｔ ｏｔｏＳｉｎｅ ｇｎｅｉ Ｚ ｊ ｎ Ｕｎ ｅｓｙ Ｈａｇ ｈｕ ０ ７Ｃ ｎ） ｍｅ ｆ ｃ ． ｎ ｈｉ ｖ ｉ １ ｈ
Ａ ｓ ａｔ ｉｅｅｔ ｉｎ ｔ ｅ ｏｅ ｃ ｏ ａｎｔ ｆ ｗ ｅ ｒ ａ ｒｖ ｗ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｅ ｎｅ ｉ ｉｌｅｃ ｂｔ ｃ ｒ Ｄｆｒｎ ｅｃｉｇ ｓ ｌ ｔ ｍ ｇｅｉ ｌ ｍ ｔ ｓ ｅｉ ｅ． ｉ ｒ ｒ ｃａｄ ｎｕｎｅ ｆ ｘｔ ｙ ｐ ｆ ｒ ｅ ｃ ｏ ｅ ｒ ｅ ｅ ｈ ｎ ｆｅ ｔ ｎ ｔ ｆ ｓ ｉ ｔｅ ｉｎ ｔｐ ｏ ｌ ｆ ｑｅｃ ｒｃ ｎｕ ｒ ｖｆｒ ａ ａａ ｚｄ Ｔ ｅｓｒ ｔｅ ｐｒ ｒｔｎ ｎ ｅｃｉ ｙｅ ｏ ｒ ｕｎｙ ｔ ｇｌ ｗ ｅｏ ｒ ｎｌ ｅ． ｎｕｅ ｐｏｅ ｏｅａｏ ｏ ｈ ｘ ｔｇ ｆ ｅ ｗ ｅ ａ ａ ａ ｍ ｅ ｙ ｏ ｈ ｒ ｐ ｉ ｆ
７２ ８
仪
器
仪
表
学
报
第 ２６卷
ｃ 司理 想 磁场 波 形
（） ｂ理想正交干扰电动势
图ｚ 电极弓＇导线连接 Ｉ ｔ ８ 器中心触点的位置 ， 可以找到一个平衡点 ， 使两个闭合
回路 的 电流 大小 相 等 ， 而方 向相反 ， 样 就 可以相 互 抵 这 消 。其 关 系 可用 下 式表 示 ， ： 因
导线 ， 分别接在电位器的两端 ， 另一个电极的引出线和 电位器的中端分别接到转换器 的输人端， － 的两 即Ｒ 端。 这样就形成了两个闭合回路 工 亚 在闭合 回路 了 和 ， 中感应产生的电动势 ｅ 和闭合回路 Ｈ中感应产生的电 动势 ｅ 各 自 ， 形成电流 ｉ ； 和 １ 和 ‘ 。Ｉ 分别经过电位器的
气装 置 共 同接 地 ， 地 线 中 的漏 电流 对 测 量 信 号将 产 接
刘欣 荣． 流量计． ２ ． 第 版 北京 水 利电力出版社 ，９９ １８． 刘英辉 ． 抑制 电磁 流量计正 交干扰的一种新方法 ． 油气 田
地 面 工 程 ，９ ６，５ ６ ３ ＾－２ １ ９ １ （ ）：１ ３ ．
成分复杂， 且有时 而 候干扰信号 还会比 量信号大Ｕ 流 ［。
在这种情况下怎样抑制和排除这些千扰， 提高信噪比 就成 了研制和使用电磁流量计的一个重要的技术关键
问题 。
很 快会消失， 但沿越陡正 扰电动 交干 势也越 大。
另外除了由于励磁电流引起的正交干扰， 在电磁流 量变送器中， 于两电极的引线处于交变磁场中， 由 当变送
的励磁磁场波形工如图 １ 所示。其频率通常为工频的 偶数分之一。一般为 １２ １３）从图 １ａ中可 以看 （ ／ ／２。 （） 到在半个周期内， 磁场是一恒稳的直流磁场。 它具有直 流励磁技术受电磁干扰影响小 ， 不产生涡流效应， 正交 干扰和同相干扰小 等特点 ； 但从整个时间过程看又是 一个交变信号， 具有正弦波励磁技术基本不产生极化 现象， 便与放大和处理信 号。避免直流放大器零点漂 移、 噪声等的优点 所 以低频矩形波励磁技术具有很好 的抗干扰性能。但从图 １ｃ 中也可以看到实际低频矩 （） 形 波励磁方式中， 由于励磁电流矩形波存在上升沿和 下降沿 ， 在上升沿和下降沿也必然存在正交干扰， 虽然
电磁 流 量 计 抗干扰
的处理措施 ， 以保证电磁流量计 的稳定 运行 。
Ｄｓｕｓ ｎ ｔｅ ｔ ｆｒｎｅ Ｅｅｔ ｍ ｇｅｉ Ｆｏ ｍ ｔｒ ｉ ｓｉ ｏ ｈ Ｉ ｅ ｅｅ ｃ ｉ ｌｃ ｏ ａｎ ｔ ｌ ｅｅ ｃ ｏ ｎ ｎ ｒ ｎ ｒ ｃ ｗ
Ｌ Ｆｉ ｎ Ｂ ｏｉ ｇ ｕｎ Ｚ ｉ ｏ ｉ ｅ Ｗａｇ ｌｎ ａ ａ Ｈ ａｇ ｙ ｈａ
图 １ 低频矩形波励磁波形 有 两种 方 法 ： 种 是 人 为 的造 成 一 个 与 正 交 干扰 幅 值 一
３ ２ 同 步 采样 技术 ．
相同的信号去与干扰信号相互抵 消； 另一种是让引出 线组成的闭合 回路在磁场交链的磁通所形成的电流之 代数和为零Ｌ。下面主要讨论后一种方法 。 ３ ＝
干扰剔除、 数字电路毛刺干扰消除， ， Ａ／ Ｄ转换器的抗
工频 能 力 以及 输人 微 处 理器 数 字 的可 靠性 等 问题
３． ４ 接 地
第 ８期 增 刊
对 电磁 流 量 计 中干 扰 问 题 的讨 论
７ ９ ２
由于 电磁 流 量 计 中 变送 器 的 输 出 信 号很 小 ， 了 为
中端 加到 转 换器 的输 人 电 阻 Ｒ ｒ上 。因 为 这 两个 电 流 ｓ 的 方 向是 相 反 的 ， 被测 液 体 的 流速 为零 时 ， 整 电位 当 调
完整的工频周期 ， 均值也 为零 ， 其平 千扰电压不起作
用。 ３３ 数字 沈 波 技术 ． 数 字 滤 波技 术 是 智 能 仪 器 中最 常采 用 的 技术 ， 能 够 完成 模 拟 滤 波 器不 能 完 成 的 功 能 ， 很容 易 解 决 脉 冲
ｃ ｉ ｎ ｅｅｔｏ ｅ ａ ｌｓ Ｆｌｗ ｅｓ ｅ ｎ ａ ｄ ｏｌ ｄ ｌｃｒ ｄ ｃ ｂｅ ． ｏ Ｍ ａｕｒｍｅ ｔ ｎ ａ
因及解决的办法有了大致的了解。可以看 出智能电磁
流 量 计 多种 抗 干扰 技 术 的采 用 ， 电 磁 流 量计 抗 干 扰 使 能 力增 强 ， 度 和 可 靠性 提 高更 加 的 适 应 于工 业应 用 精
Ｊ Ｈｅ ｐ， ｏｎｓ Ｐｏｌ ｉ ｔｅ ｏｙ ｄｓ ｎ ． ｍ ＩＹ ｕｇ． ｂｅ ｎ ｔｅｒ ａｄ ｉ ． ｒ ｍｓ ｈ ｈ ｎ ｅｇ ｏ ｅｅｔ ｍ ｇｅｉｆｗｍｅ ｒ ｆｒ ｌ ｔｃ ｉｓ Ｐｒ ｆ ｃｒ ａｎｔ ｌ ｌ ｏ ｃ ｏ ｔ ｓ ｄ ｅ ｒ ｌｕｄ． ｔ ｅ ｏ ｉ ｃｉ ｉ ｅ ｑ ａ ３． ｄｌｎ ｏ ｚｒ ｄｉ ｄｅ ｆ ｘ ｋｇ ｂｔｅｎ ａ Ｍｏｅｉｇ ｅｏ ｆ ｕ ｔ ｌ ｌ ａｅ ｗ ｅ ｌ ｆ ｒｔ ｏ ｉ ｕ ｎ ｅ
第 ２ 卷第 ８ ６ 期增刊
仪
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表
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２０ ０ ５年 ８月
对 电磁 流量计 中干扰 问题的讨论
李 飞 王保 良 黄志尧
（ 江大学控 制科 学与工程学系 浙 摘要
关健询
杭州
３０２ ） １０７
在简要 阐述 了电磁沛量计 的几种励磁方式的基础上 ， 分析了低频矩形波励磁技术 中常见的干扰及其影响 ， 出了相应 提
现场 参考文献 梁国伟． 流量测量 技术及 仪表． 北京 ： 械工业 出版社 ， 机
２ ０ ． ０ ２
提高仪表抗干扰的能力 ， 变送器输入 回路的零电位必 须接地［ ｓ ；同时， 变送器的测量管外壳接地可以起屏蔽 作用 ， 减小外界和激磁系统本身的电磁场干扰［。 ＇ 必须 ｌ 强调 ， 流量计一定要单独接地 因为若与其他仪表或电
低频矩形波励磁技术随着集成电路技术和同步采样技
ｔ 引
吉
术的发 展和实 在电 量计中 用化 磁流 得到广 用 它 泛应
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成 的一 种测量导电性液体体积流量的仪表 随着微电子技术 的发展． 电磁流量计 的励磁方式经历 了直流励磁、 交流 励磁 ， 同时技术性能有了进一步的提高， 应用也越来越 广泛 由于其具有对液体适应性较强的特点， 在现代工 业生产中， 已成为测量液体流量的首选仪表 在现有的 电磁流量计中， 交流低频矩形波励磁方式 已成为主要 的励磁方式。电磁流量计采用交流励磁虽有一定的优 点， 但随之而来的电磁干扰 ， 就成为很麻烦的问题 ， 特 别是 电磁干扰信号与有用的信号混在一起， 它们不仅
ｅ －ｄ ／ｔ ，ｄ ＝ ） ４ （） １
Ｗ 实 际磁 场 波 形
ｅ ／ｔ ＇ ＝－ｄ ， Ｄ ｄ （） ２
粤了 一
（） ｄ实际正交干扰电动势 （） ａ流量信号合成电动势
则１＇，ｓ 一＋＋ ｒ ｒＲＲ
生串模干扰， 严重时流量计将无法工作。另外， 接地点
应 远 离大 Ｔ用 电器 ， 免地 电 流 串人 流 量计 ， 成 干扰 ＇ 避 造
源Βιβλιοθήκη Baidu
Ｊ Ｐ ｌ， ＰｌｓＡ ｅｙ ＪＰ Ｍａｔ － ｄ． ａ ｇ ． ｏ Ｒ． ｌ －ｒｎ ， ． ｒｉ Ｖｉ Ａｎｌ ｏ ａａ ． ｎ ｅ ｏ
ｓｎ ｐｃｓｇ ｎ Ｃ ｔｍｇ ｔｆｗ ｅｒ ｉａ ｒｅｉ ｉａＡ ｅｃｏａ ｅ ｌ ｍｔ． ｇ ｌ ｓｎ ｎ ｌ ｒ ｎｉ ｏ ｅ ｏ ＇ ｅ ｃ
器通 电后 ， 引线的 闭合 回路 内就产生 出感应 电动势 。 在
２ 低频 矩形波励磁技术 中干扰 的分析
低频矩形波励磁技术是结合了直流励磁和交流励
磁 技 术 的优 点 ， 同时 避 免 了它 们 缺点 的 一种 励 磁技 术
３ 对抗干扰方式的分析
３ １ 变 送 器 的调 零 法 ． 要 消 除 由于 “ 变压 器 效 应 夕 生 的 正 交 干扰 ， 要 ， 产 主
Ｉｓｒｍｅｔｔ ｎ２０ ，４ －７． ｎｔｕ ｎａｉ ， ３ ．５ ８ ｏ ０ １６
（卜接 第 ７ ６页 ） ２
甲 ． ， 卫 自‘ － 山－ 侧
Ｉ ＥＥＥ Ｔｒｎ ａｔｏ ｎ Ｉｓｒｍｅ ｔｔ ｎ ｎ ｓｃｉｎｓ Ｏ ｎ ｔｕ ｎａｉ ａ ｄ ａ ｏ Ｍｅ ｓｒｍｅ ｔ ２ ０ ５ （ ）：９ ＾－９ ． ａｕｅ ｎ ， ２，１ ４ ７ ３ ７ ７ ０
４ 结束语
通过以上 的分 析 ， 电磁 流 量 计 中 产 生 干扰 的原 对
ｉ、Ｒ Ｒ ， ｓ ’， ＋ ｒ 一不ｅ
式 中 ：‘ 变 送 器 内 阻 ， 和 Ｒ 分 别 为 电位 器 左 侧 和 ： 为 Ｒ ：
右侧的电阻，１ 。 分别为通过回路 丁 Ｄ 。和 ： 和 磁通。
因 流经 转换 器 输 人阻 抗 Ｒｓ 的 电 流 ｉ ｌ ｒ 和 之差 ， ： 即
ｅ ｅ