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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.