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      電磁流量計干擾抑制方法分析

      時間:2024-03-26 18:41:56 點擊:82次

      在電磁流量計的測量過程中,電極采集的流量信號混雜了大量的干擾信號和噪聲。流量信號中的干擾信號根據產生機理不同可分為3類,第一類是與電磁流量計的電磁感應原理有關的同相干擾、微分干擾等;第二類是和電化學作用有關的漿液噪聲、極化干擾、流動噪聲等;第三類是因外部電路而引起的工頻干擾,可分為串模干擾、共模干擾兩種。

      不同勵磁方式對流量計的功耗、精度、實時性等參數有著重要影響。勵磁方式可分為采用交變磁場和采用恒定磁場2種基本形式,采用交變磁場包括正弦波勵磁、低頻矩形波勵磁、三值矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁、三值梯形波勵磁等方式,采用恒定磁場包括直流電源勵磁和永磁鐵勵磁。

      1、交變磁場勵磁

      最早應用在電磁流量計中的勵磁方式是工頻正弦波勵磁,此種電磁流量計測量迅速,這種方式能有效消除電極表面的極化現象,降低電化學電勢的影響和傳感器內阻,但是由于頻率高,會帶來一系列電磁干擾如正交干擾、同相干擾等。矩形波勵磁將直流勵磁和交流勵磁的優點結合起來,既具備交流勵磁極化干擾小的特點,又具有直流勵磁無正交干擾和同相干擾。矩形波勵磁方式采樣時間窗口長且穩定,可使流量計的零點穩定性得到顯著提高。

      矩形波勵磁根據工作頻率的高低分為低頻矩形波勵磁和高頻矩形波勵磁,低頻勵磁雖然具有零點穩定和有效降低電磁干擾的優勢,但是會降低傳感器的響應速度,不再適用于高速變化流體的測量。高頻勵磁具有響應速度快的優勢,但存在電磁干擾問題導致測量精度的下降,其測量精度比不上低頻勵磁。隨著工業生產生活中對流體測量實時性和測量精度的提高,單頻的高頻勵磁和低頻勵磁已經不能滿足人們的測量要求,于是國內外研究人員將目光投向了雙頻勵磁。

      世界上第一臺雙頻勵磁電磁流量計結合低頻矩形波勵磁和高頻矩形波勵磁的優點。利用雙頻中低頻抑制測量液體噪聲、保持零點穩定性和高頻激勵技術響應速度快的特點在測量被測液體時取得了較好的效果和較快的響應速度。之后雙頻勵磁技術得到快速發展,衍生了高壓和脈沖寬度調制(PWM)調制低壓勵磁、時分雙頻勵磁、雙頻梯形波勵磁等多種雙頻勵磁形式。時分雙頻勵磁方式不僅兼顧了高頻低頻的優點,還提高了流量計的量程比。雙頻梯形波與矩形波相比,梯形波具有穩定部分,增加了信號的穩定性,可以有效消除差分干擾。與三角波相比,梯形波有上升沿和下降沿,提高了電壓的利用率。

      雖然雙頻勵磁兼具高頻勵磁響應速度快和低頻勵磁穩定性好的優點,但是雙頻勵磁需要執行的算法相比較更為復雜,這就使得流量計功耗較大?;诳稍偕茉吹拿}沖勵磁電磁流量計的問世降低了電磁流量計的功耗。未來學者研究的焦點將是雙頻勵磁或者多頻勵磁且功耗低的電磁流量計。

      2、恒定磁場勵磁

      流量計采用恒定磁場勵磁時,其優點是磁場強度恒定不變,比交變磁場勵磁更容易實現,流量計結構也更加簡化,受工頻干擾的影響小。恒定磁場勵磁技術遇到的最關鍵問題是電化學作用在測量電極上產生極化電壓,由于電極輸出的流量測量信號和電極極化電壓均為直流信號,導致很難從測量信號中剔除極化電壓干擾信號,甚至極化電壓過大會掩蓋測量信號產生的感應電動勢。因此,恒定磁場勵磁方式僅適用于內阻極小、導電率極高且不產生極化電壓的特殊液態金屬的流量測量中。目前克服電極表面極化的方法可以分為:

      1)對極化噪聲進行補償。將非勵磁時段極化噪聲用來補償勵磁時段的極化噪聲。

      2)低通濾波極化噪聲并反饋補償。采用一階低通濾波器剝離極化噪聲,并進行反饋補償。因為低通濾波器會使流量信號發生畸變,故此方法尚未應用于商業儀表。

      3)將極化電壓控制在穩定值。這是一種避開極化電壓原理的方法,代表方法有繼電器電容反饋抑制極化?;谶@種理念,上海大學提出了利用動態反饋控制的方法應用在永磁體勵磁的電磁流量計上。浙江大學將快速變化的交變電場施加在電極上來抑制極化電壓并取得了良好的效果。目前,這種方法是恒磁磁場勵磁方法研究的熱門領域。

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