电磁流量计中的抗工频干扰问题分析

电磁流量计中的抗工频干扰问题分析

谭翠雯

广东新会水务有限公司   529100

摘要：电磁流量计是在电子技术不断完善下发展的流量测量仪表，其凭借较佳的性能，在工业测量领域中广泛应用，对比其他原理的流量计来说，电磁流量计优势较多，但也存在其弊端，如存在工频干扰问题，本课题在此背景下，分析出电磁流量计的工频干扰问题，提出完善建议，仅供借鉴。

关键词：电磁流量计；工频干扰；问题

引言：电磁流量计技术性能随着微电子技术的不断发展有所提高，其应用范围也越来越广泛，再加上电磁流量计具备较强的自来水适应能力，所以在现代工业化生产中，首选的仪表就是电磁流量计，然而，在仪表应用期间还存在工频干扰问题，各部门为解决此问题，基于工频干扰理论角度实施了发展路径。下文阐述电磁流量计中工频干扰对信号产生的影响，并提出抗工频干扰的对策。

一、电磁流量计中工频干扰问题分析

（一）工频干扰影响流量信号

在电磁流量计中，常见的干扰源即工频干扰。在流量计处于电磁场中，因存在分布电容，其凭借电磁波的形式对电极信号产生干扰，电磁感应原理是其产生的物理机理，自身幅度对比流量信号来说要大出几个数量级。在自来水具备较大的流速时，可以忽略工频干扰的影响，此时对流量信号产生的影响程度不大，此种影响机理是相对感应电势和工频干扰大小的数值对比而言的。而当自来水具备较小的流速时，反映流速的信号数值和工频干扰的数值处于统一的数量级上，此时工频干扰的影响程度会较高。

图1 实际信号波形

从图1中可以看出：在实际信号中，工频干扰占据的比重较大，所以，想要提升测量结果的精准度，要尽可能的消除工频干扰[1]。

（二）工频干扰产生噪声

电磁流量传感器和流体电极、放大器回路进行电磁耦合，工频共模彼此干扰，产生了工频干扰噪声，电磁感应是其产生的物理机理。在不同的励磁技术下，磁耦合干扰的特点和表现形式有所不同，在低频矩形波励磁和双频矩形波励磁条件下，微分干扰是其主要的表现形式，脉冲属于其波形的主要形式，在此形势下，磁通变化率和幅值呈现正比，并且按照指数的变化规律不断衰减。在电磁流量计测量过程中，因正交干扰比流量信号电势数量级大，一旦其中的电路发展存在不完善之处，都会让工频正弦波流量计零点漂移，影响测量的准确性。与此同时，在流量信号传递中，因存在电磁屏蔽，再加上接地存在问题，会产生同相工频干扰，针对于此，可以实施对应的输入保护技术，如组抗技术以及重复接地技术等，以此提升抗工频干扰的能力。

二、电磁流量计抗工频干扰技术分析

（一）同步采样和频率补偿技术

为提升电磁流量计抗工频干扰能力，可以发展同步采样和频率补偿技术，同步采样的采样脉宽对比工频同期来说，呈现整数倍翻涨，为发挥抗工频干扰的作用，会让电势中工频干扰的平均值为0。频率补偿技术是在保障频率动态波动基础上，同步调整励磁电源和采样脉宽，在技术发展过程中来减少工频干扰的影响。也可以大力推广电磁流量计励磁技术，消除流动噪声的影响，同时，此种技术的应用也能对工频干扰的形态加以改变，尽最大可能的降低工频干扰的影响程度，与此同时，此技术的应用，对提升电磁流量计的测量精度和抗干扰能力都有实际意义。

（二）完善接地技术

在安装电磁流量计作业时，安装地点周边环境比较复杂，其他设备较多，因此，在安装过程中容易受到其他设备的影响，建议要完善接地对策，要可靠接地变送器。因电磁流量计安装的地点大多在室外，受到各种因素的影响，实施接地技术可以降低其损坏的概率。特别要注意，要单独接地流量计，究其原因，如果流量计和其他电气设备共同接地，在实践过程中产生的漏电流会串模并干扰测量的信号，还会影响电磁流量计的功能发挥，为避免产生干扰影响，要选择合理的接地点，尽量远离大型用电器。

（三）实施工频跟踪技术

为消除电磁流量计的工频干扰，可以实施工频跟踪技术，技术由硬件电路和软件算法两部分构成[2]。在电源模块工频设计上，借助光耦隔离50hz的工频信号，对工频相位信号加以提取，并输入CPU，CPU在对工频相位信号作出参考后，对励磁回路发送相位一致的励磁信号，凭借驱动励磁回路的方式对传感器发送励磁电流。为对励磁信号进行跟踪和指导，要在软件程序中设置跟踪工频中断和发励磁控制信号中断。并在此期间应用两个PCA计数器，这些计数器在中断上享有高优先级。对工频信号加以检测、对CPU发出励磁控制信号作出指导是计数器的作用。计数器要每隔一段时间校验工频，也要对励磁信号的相位作出调整。在软件程序中作出此种设计可以同步同频和AD采样，也能减少工频干扰的影响。

（四）引进智能软件抗干扰技术

第一，发展数字滤波技术，数字滤波技术能对脉冲干扰剔除问题予以解决，也能消除数字电路毛刺干扰问题，对提升处理器数字可靠性以及提升抗工频干扰力有现实意义。第二，发展程控放大器技术。此种技术的应用能对电磁流量计量程自动转换问题予以解决，也能参照增益控制手段，对放大器过载的问题有效克服，不但可以提升处理信号的效率，也能提升抗微分干扰的能力。第三，实施微处理器硬件故障自动诊断技术。此技术借助软件的容错设计理念，为硬件系统提供了可靠性保障，主要的内容即CPU的自诊断、定时器的诊断、中断功能的诊断等等。第四，发展微处理器抗干扰技术。在电磁流量计测量期间，如果产生的干扰噪声未作用CPU自身，CPU依旧可以准确的执行软件，而当产生的干扰噪声借助三总线作用到CPU本身，会影响其正常的工作，因此，可以实施硬件和软件相配合的方式来强化CPU自身的抗干扰能力。可以完善以下功能，即复位功能，复位失控的CPU，操作流程简洁；掉电保护功能。当电网突然断电，让微处理器系统发生混乱是掉电保护功能的作用，因此，要定期对掉电信号加以检测，将其视作高级中断源，在掉电之前要对主要的参数作出记录，添加备用电源，保障CPU不失电，保障电磁流量计在恢复电源后可以正常运作。

同时，可以实施指令冗余抗干扰对策，此对策借助单片微处理器指令较为丰富的特征，会在主要的部位插入单字节指令，在信号传递期间，程序弹飞到其中一条单字节指令上，就可进入正轨，此种抗干扰对策可以杜绝微处理器受到影响后引发程序混乱。为恢复程序的正常运作，也要实施软件陷井抗干扰对策，此对策属于一条引导指令，会将捕获的程序强制性的引入到一个指令地址上，对程序未碰见冗余指令之前已进行死循环状态的问题予以解决。同时，测量人员也要提升自身的专业素养，合理的应用各项测量仪器，来提升测量的准确性。

结论：电磁流量计的发展和应用和其抗干扰技术的发展息息相关，市面上广泛应用的双频矩形波励磁技术，不但显著提升了电磁流量计的测量准确度，对提升抗工频干扰能力也有实际意义。工频干扰问题不但影响了测量的准确度，也会产生噪声干扰，所以，为发挥电磁流量计的功能和作用，要完善各项技术，如实施智能软件抗干扰技术、工频跟踪技术、频率补偿技术、接地技术等等，为扩大电磁流量计的应用领域奠定坚实的基础。

参考文献

[1]连翔. 电磁流量计抗干扰的研究[D].上海交通大学,2020(15):75-66.

[2]张涛,李斌.电磁流量计中的抗工频干扰问题[J].测控技术,2022(02):65-67.