[導讀] 根據(jù)電磁流量計的測量原理及勵磁方式，分析了由勵磁方式產(chǎn)生的各種干擾問題，闡述了從根本上對這些干擾信號進行抑制和消除的方法。

 

    所謂電磁流量計是指根據(jù)法拉第電磁感應定律，用來測量導電性液體體積流量的儀表。它可在層流、紊流、脈動流量以及產(chǎn)生流線振動等情況下對流體進行流量測量。由于其流量管光滑，壓力損失小，測量范圍寬，準確度高，反應靈敏，能獲得與流量成比例的信號，加之其測量管直通無死角，便于清洗和滅菌消毒，因此它在用于特殊衛(wèi)生要求的醫(yī)藥和食品工業(yè)中得到了廣泛的應用。

 

    由于液體中所感應出的電勢數(shù)值很小，所以要引入高放大倍數(shù)的放大器，然而這樣就使得電磁流量計特別容易受外界電磁場的干擾，即使很微弱的信號在經(jīng)過高倍放大后，對結果的影響也是巨大的，這樣勢必會大大地影響儀表的準確度，對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性也構成很大的隱患。所以研究電磁流量計的所受的電磁干擾及相應對策就顯得特別有必要。這里有幾點不成熟的看法，與大家共同探討。

 

    1 電磁流量計測量原理

 

    根據(jù)法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動而切割磁力線時，在導體兩端便會產(chǎn)生感應電動勢。設在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為D的管道。管道由不導磁材料制成，內(nèi)表面加絕緣襯里。當導電的液體在管道中流動時，導電液體就切割磁力線，因而在和磁場及流動方向垂直的方向將產(chǎn)生感應電動勢。如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極，可以證明，只要管道內(nèi)流速v為軸對稱分布，兩級之間就會產(chǎn)生感應電動勢：

 

    E=BDv（1）

 

    由此可得管道的體積流量為：

 

      （2）

 

    綜合式（1）和式（2）得：

 

      （3）

 

    式中：

 

    K為儀表常數(shù)，在管道直徑D已確定并維持磁感應強度B恒定時，K是一個常數(shù)。此時感應電動勢與體積流量具有線性關系。

 

    2 勵磁方式

 

    由電磁流量計的工作原理可知，為使式（3）成立，第一個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場，才能保證感應電動勢E與體積流量Q具有線性關系，這就需要選擇合適的勵磁方式，也就是產(chǎn)生磁場的方式，一般有三種勵磁方式可供選擇，即直流勵磁、交流勵磁、低頻方波勵磁。

 

    3 干擾的抑制和消除

 

    由于本系統(tǒng)需在劣勢的現(xiàn)場環(huán)境中使用，對抗干擾性和可靠性具有較高的要求，因此在系統(tǒng)開發(fā)和設計過程中，將提高系統(tǒng)抗干擾性和可靠性作為一項重要的內(nèi)容。根據(jù)一般電磁流量計系統(tǒng)的特點，主要從硬件優(yōu)化方面討論如電磁耦合、靜電感應是電磁流量計產(chǎn)生干擾噪聲的重要來源。在電磁流量變速器中，由于兩電極的引線處于交變磁場中，當變速器通電后，在引線的閉合回路內(nèi)就產(chǎn)生出感應電動勢。這種干擾信號疊加到測量信號中，影響了系統(tǒng)的運行。各種勵磁方式產(chǎn)生會帶來不同的電磁干擾問題。直流勵磁方式易產(chǎn)生極化干擾，交流勵磁方式易產(chǎn)生正交干擾（90度干擾）、同相干擾（即工頻干擾）等。由于實際應用中多采用交流勵磁方式，因此以下主要闡述交流勵磁下的干擾問題及抑制。

 

    3.1 正交干擾及其抑制或消除方法

 

    正交干擾是指在相位上與流量信號相差90度的干擾。電磁流量變送器采用交流勵磁方式時，要產(chǎn)生一個交變的磁場，而由電極、引出線、被測介質和轉換器的輸入電路所組成的閉合回路，正處于干擾交變磁場中、閉合回路不可能與變送器的交變磁場產(chǎn)生的磁力線完全平行，總會有一部分交變的磁力線穿過該閉合回路，從而在回路內(nèi)產(chǎn)生一個干擾電動勢，其大小為：

 

      （4）

 

    對于交流勵磁，B=Bmsin（ωt）則有：

 

      （5）

 

    比較可知，測量信號E與干擾信號et的頻率相同，相位差90°。因此稱et為90°干擾，又稱正交干擾。在電磁流量計中，從變送器和轉換器兩部分采取措施，來消除或抑制90°干擾。

 

    3.1.1 從變頻器部分采取措施

 

    在變送器的結構上，注意使閉合回路的平面保持與交變磁力線平行，避免磁力線穿過閉合回路，并設有干擾調整機構，以減少干擾信號et。另外，在變送器上設置調零電位器。從一般電極引出二根導線，并分別繞過磁極形成兩個回路，當有磁力線穿過此閉合回路，必然在兩個回路內(nèi)產(chǎn)生方向相反的感應電勢。因此，在兩個回路中有相反方向的電流I1、I2。通過調整電位器，使兩個回路中產(chǎn)生的電流I1、I2在轉換器的輸入電阻上產(chǎn)生的電勢相互抵消，減少90°干擾信號。

 

    3.1.2 從轉換器部分采取措施

 

    對于正交干擾，除了變送器的干擾調整機構調零以外，轉換器中也要設置抗干擾機構，以消除變送器中剩余的正交干擾信號。否則，這些剩余的正交干擾信號同樣會被放大器放大，嚴重影響儀表正常工作。為此，在主放大器的輸出端設置抑制抑制和補償90°干擾的機構，經(jīng)主放大器放大后的90°干擾信號，被鑒別和分離出來，然后再反饋到主放大器的輸入端，以抵消輸入端進來的90°干擾信號。

 

    3.2 同相干擾及其抑制方法

 

    同相干擾工頻干擾或共模干擾，是指在同一瞬間出現(xiàn)在變送器的兩個電極上，并且幅值和相位都相同的干擾信號。當流量為零時，即被測液體靜止不動時，所測得的同相信號就是同相干擾信號。對于同相干擾，抑制的方法較多。在變送器方面，將電極和勵磁線圈在幾何形狀、尺寸以及性能參數(shù)上做得均衡對稱，并分別嚴格屏蔽，以減少電極與勵磁線圈之間的分布電容影響。

 

    為了減少地電流造成的同相干擾，在安裝接地線時，要把變送器兩端的管道法蘭盤與轉換器的外殼都接在同一點上，以減少同相干擾，但不能完全消除同相干擾。因此，通常還在轉換器的前置放大級采用增加了恒流源的差動放大電路，利用差動放大器的高共模抑制比，使進入轉換器輸入端的同相干擾信號互相抵消而被抑制，可以達到很好的效果。同時，為了避免干擾信號，變送器和轉換器之間的信號必須用屏蔽導線傳輸。

 

    3.3 其他應注意的問題

 

    在使用中要注意維護，防止電極與管道間絕緣的破壞，安裝時要遠離一切磁源（例如大功率電機、變壓器等），不能有振動。單獨、良好的接地也是十分重要的。接地線應盡量加粗，地電流是同相干擾產(chǎn)生的主要原因。如果變送器附近存在大功率的電器設備，特別是從絕緣不好的等效電路中可以看出，接地線接地電阻Rn產(chǎn)生的電壓降en通過變送器而發(fā)生漏電時，地電流將使各個不同接地點電。

 

    分析系統(tǒng)的電磁干擾原因，通過對電磁流量計實行一系列的抗干擾措施，大大抑制和消除了干擾信號對有用的流量信號的影響，提高了測量的準確度，減少了故障率。

 

    參考文獻

 

    [1]李斌，包海燕.電磁流量計的信號處理方法探討[J].上海理工大學學報，1998.

    [2]樂嘉謙.儀表維修工[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.