隨著我國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的不斷發(fā)展與進(jìn)步,電磁流量計在我國的工業(yè)、技術(shù)檢測和管理等很多領(lǐng)域得到了**的使用,電磁流量計具有良好的耐腐蝕性,并具備可靠性高、適應(yīng)性強的特點。近年來,各個領(lǐng)域在不斷探索新技術(shù)的同時,對電磁流量計的精確程度和穩(wěn)定性也提出了更高的要求。能夠影響電磁流量計精度的因素有很多,但只要明確了主要的干擾因素,就能夠有針對性地利用軟硬件技術(shù)來降低干擾因素對測量精度的影響,有效提升電磁流量計工作的可靠性。

1、基本原理介紹

電磁流量計是以法拉第電磁感應(yīng)定律為理論基礎(chǔ)而制造的一種流量計。電磁流量計在工作時由磁路系統(tǒng)產(chǎn)生直流或交流磁場,用以提供測量所需的磁場環(huán)境,當(dāng)被測液體在導(dǎo)管中通過磁場區(qū)域時,會做切割磁力線運動,此時就可以通過電極傳感器將導(dǎo)管內(nèi)的流量轉(zhuǎn)換成為感應(yīng)電勢信號,并將信號傳遞給轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將獲取的各種不同的流量信號進(jìn)行分析、對比和放大,zui終轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的信號輸出給積算儀,積算儀通過對信號的處理,將測得的流量在儀表上顯示,并對測量結(jié)果進(jìn)行一定的記錄,其基礎(chǔ)工作流程如圖1所示。

2、電磁流量計精度影響因素分析

電磁流量計的干擾信號有很多,這些干擾信號會和實際的流量信號相混合,產(chǎn)生一種十分復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理情況。因此,要提高電磁流量計對液體的測量精確度,就必須對這些干擾信號產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析與總結(jié),以便有針對性地采取抗干擾措施,電磁流量計的常見影響因素如下。

2.1正交干擾

電磁流量計的磁路系統(tǒng)包含有兩個勵磁線圈,而導(dǎo)管內(nèi)的液體與傳感器電極及轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)組成了一個閉合的回路,如圖2所示。理論情況下,磁力線(圖中B)應(yīng)與閉合回路相平行,但是由于裝配過程中的誤差,導(dǎo)致磁力線不可能完全平行于這一閉合回路,出現(xiàn)部分磁力線成一定角度穿過回路的現(xiàn)象,這引起了即使沒有液體流動的情況下,傳感器的電極上也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,就形成了正交干擾的基本形式。

當(dāng)磁力線圈中的電流發(fā)生變化時,由于傳感器電極的作用,在磁場發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程中,兩個電極所形成的閉合回路會產(chǎn)生相反的感應(yīng)電壓,當(dāng)磁場再次發(fā)生變化時,傳感器的電磁回路又會再次產(chǎn)生相反的感應(yīng)電壓。由于磁力線圈磁場的變化總是由一個穩(wěn)定狀態(tài)向另一個穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變,再由此狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓲顟B(tài),因此,所引起的電極反向感應(yīng)電壓也具有相似的特質(zhì),說明正交干擾的產(chǎn)生只與磁力線圈的磁場變化有關(guān),與實際被測的液體流量無關(guān)。因此,磁力線圈的勵磁頻率是正交干擾強弱的主要響因素。

2.2同相干擾

在電磁流量傳感器中,部分主磁通會在流體內(nèi)部形成正交干擾的閉合渦電流,由于交變電流的產(chǎn)生會導(dǎo)致出現(xiàn)交變磁場,而引起與之正交相連的二次磁通產(chǎn)生,同時因二次磁通的影響,又會引起與二次磁通正交相連的渦電流產(chǎn)生,這就是同向干擾產(chǎn)生的主要原因。下式是由正交干擾公式經(jīng)過微分得到的同向干擾公式,通過公示可知,同相干擾與流量信號相位相同,大小與流量無關(guān),因此很難將同向干擾產(chǎn)生的信號與流量信號進(jìn)行分離,只能通過減少磁路系統(tǒng)的勵磁頻率來降低同向干擾信號的影響。

er=ω2Bm sinωt=(2πf)2B msinωt

式中:er為同相干擾電壓為為勵磁頻率;ω和t為常量。

2.3串模干擾與共模干擾

串模干擾是在單端信號輸入的同時,還有多種干擾信號與其疊加在一起成為前置放大器的輸入信號。若干擾信號過大,容易導(dǎo)致放大器飽和而無法正常工作。當(dāng)設(shè)備存在漏磁問題時,也會在周圍形成很強的交變磁場,從而會引起串模干擾的形成。為了降低串模干擾產(chǎn)生的影響,現(xiàn)階段的流量傳感器通常將“零阻值”的被測流體作為轉(zhuǎn)換放大器的接地端,而傳感器的兩個電極作為放大器的輸入端,這就很好的抑制了幅度相等和極性相同的串模干擾。共模干擾主要是由于靜電干擾引起的,一般情況下,共模干擾不會直接影響測量的結(jié)果,但是若轉(zhuǎn)換放大器的輸入?yún)?shù)存在不對稱問題時,共模干擾就會轉(zhuǎn)變?yōu)榇８蓴_來影響zui終的測量結(jié)果,將電解質(zhì)與金屬材料圈和電極進(jìn)行屏蔽能夠有效地降低共模干擾的影響。

2.4直流干擾

在被測液體與電極和接液部件接觸過程中,電解質(zhì)中的正負(fù)離子會分別作定向運動,這會使被測液體在電極和接液部件之間形成電位差,通常將這種現(xiàn)象稱為極化現(xiàn)象。如圖3所示,理論上來說,兩電極A和B對接液部件的電位e1、e2大小相等、方向相反,此時兩電極的電位差等于零。但是,若兩電極的材質(zhì)或表面狀態(tài)存在差異,此時A、B電極之間的電位差就不為零,這就形成了極化電壓,極化電壓與共模狀態(tài)的電壓e3一起疊加在流量信號中,被輸入轉(zhuǎn)換器的差動放大器。當(dāng)極化電壓過大,則會對差動放大器的輸入端造成較大影響,導(dǎo)致信號無法放大或流量信號的輸出波動過大,從而降低了電磁流量計的測量精度。 

3、電磁流量計的抗干擾方式

由于電磁流量計測量精度的干擾因素很多,且電磁流量計的工作條件通常也比較惡劣,電磁流量計的測量準(zhǔn)確程度除受到系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的信號干擾外,還會不可避免的受到多種環(huán)境因素的影響,電磁流量計測量的誤差,會給生產(chǎn)帶來重大的經(jīng)濟損失。因此,提升流量計的可靠性與測量精度,減少干擾對測量值的影響程度,是電磁流量計發(fā)展必須要做的工作。

3.1硬件抗干擾技術(shù)

(1)電源端所產(chǎn)生的干擾是電子產(chǎn)品較為常見的精度干擾因素,由于這種干擾無法完全被去除,只能通過減小干擾脈沖的幅度來降低其影響。在實際工作中常采用在交流進(jìn)線端串接入低通C濾波器的方式來實現(xiàn),這種方法在實際的工作中產(chǎn)生了顯著地效果。

(2)傳輸電纜所產(chǎn)生的雜散電磁場會通過感應(yīng)和輻射的方式進(jìn)入信道而產(chǎn)生干擾,利用雙芯屏蔽電纜能夠?qū)崿F(xiàn)較長線路傳輸?shù)目垢蓴_功能。對于環(huán)境更為惡劣的情況,為提高抗干擾能力,可采用光電隔離方式將系統(tǒng)控制部分與1/O口部分分開,并采用雙電源供電來降低干擾產(chǎn)生的精度影響。

(3)除了有針對性的抵抗干擾之外,還可以采取增加硬件的方式提升系統(tǒng)的整體抗干擾能力。例如:選擇和使用抗干擾能力強的單片機;使用硬件看門狗電路;使用電壓檢測電路;盡可能使用單片機的內(nèi)部程序存儲器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器等

3.2軟件抗干擾技術(shù)

1)通過在系統(tǒng)程序的關(guān)鍵位置插入部分單字節(jié)指令或?qū)巫止?jié)指令進(jìn)行重寫,從而達(dá)到恢復(fù)“跑飛”程序的目的,這種方法稱之為指令冗余。指令冗余的主要方法包括以下兩點:一是在雙字節(jié)指令和3字節(jié)指令之后插入兩個單字節(jié)NOP指令,以保證其后的指令不被拆散。二是對于程序流向起決定作用的指令和某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)有重要作用的指令的后面,可重復(fù)寫上這些指令,以確保這些指令的正確執(zhí)行。

(2)若“跑飛"”程序進(jìn)入非程序區(qū)或者表格區(qū)時,指令冗余則無法起到抗干擾的目的,此時可采用設(shè)置軟件陷阱對“跑飛”程序進(jìn)行攔截,軟件陷阱能將“跑飛”程序引向某一位置,再通過編制的程序?qū)Α芭茱w”程序進(jìn)行恢復(fù)。

(3)某些程序被干擾后容易陷入死循環(huán)模式,通過程序監(jiān)視技術(shù),能夠及時發(fā)現(xiàn)運行超時的程序,并采用相應(yīng)的方式使程序復(fù)位,保證程序的正常運行。

4、結(jié)語

總之,在保證電磁流量計基本使用功能的前提下,通過對現(xiàn)階段技術(shù)的影響因素進(jìn)行分析,就能夠有針對性地降低干擾對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響,從而保證電磁流量計工作過程的可靠性,避免因測量不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的經(jīng)濟損失和事故發(fā)生。