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智能電磁流量計抗干擾技術的研究
來源:  作者:本站

摘 要: 綜述了電磁流量計(EMF)抗干擾技術的發展歷史,討論了電磁流量計三類干擾噪聲產生的物理機理和特征,研究了矩形波勵磁型智能電磁流量計的硬件和軟件抗干擾技術,為實現智能電磁流量計的高精度、高可靠性、高抗干擾能力奠定了堅實的技術基礎。

關鍵詞: 電磁流量計 干擾 噪聲 智能儀器


一 概 述

電磁流量計的發展和應用與其抗干擾技術的發展進步密切相關,特別是近幾十年來采用三直低頻矩形波動勵磁技術和雙頻矩形波勵磁技術,以及微處理器硬件和軟件技術明顯地提高了電磁流量計抗干擾能力和測量精度,擴大了電磁流量計的應用領域,改變了人們長期認為電磁流量計測量精度低,抗干擾能力差的概念。

電磁流量計是基于導電性流體在磁場中運動所產生的感應電勢來推算流體流量的測量儀表,其基本工作原理是電磁感應定律。因此電磁耦合靜電感應是電磁流量計干擾噪聲的首要來源;被測流體介質特性產生的電化學干擾噪聲是電磁流量計干擾燥聲的第二來源;電磁流量計供電電源的電壓和頻率波動等電源干擾噪聲是電磁流量計干擾噪聲的第三來源。以上三類干擾噪聲的來源、機理、特性不同。對電磁流量計的影響方式不同,相應采用的抗干擾措施也不同。作者結合雙頻矩形波勵磁智能電磁流量計的研究工作,著重就智能電磁流量計抗干擾技術加以探討,提出一些抗干擾的對策,以供智能儀器研究設計參考。

二 電磁流量計抗干擾技術的發展歷史

電磁流量計的發展歷史就是其抗干擾技術的發展歷史。早在1832年,英國物理學家法拉第構想地球磁場來測量泰晤土河水的流速,并進行了現場實驗,但未能獲得成功。主要原因是在直流勵磁磁場下存在流體介質的極化效應和熱電效應而產生干擾噪聲淹沒了流量信號電勢。河床短路了流速信號電勢,加之當時的流量技術遠遠沒有達到解決各種干擾噪聲的抑制和高阻抗信號測量的水平,因此導致首次電磁流量計實驗研究的失敗。誠然,從電磁流量計研究伊始就面臨如何克服各種干擾噪聲的棘手難題,正因如此,在以后的電磁流量計研究過程中,人們都將其抗干擾技術列為首要的技術問題。

電磁流量計勵磁技術的發展極大地推動其抗干擾技術的進步。50年代末電磁流量計首次工業應用開始,電磁流量計抗干擾技術的發展經歷了幾個階段,每一次進步都是為了解決其抗干擾能力的問題,促使電磁流量計抗干擾技術出現一次飛躍,電磁流量計的性能指標提高。50年代末六十年代初,為了減弱直流勵磁磁場下電極表面的嚴重極化電勢的影響,采用了工頻正弦波勵磁技術,但導致了電磁感應、靜電耦合等工頻干擾,致使采用復雜的正交干擾抑制電路等多種抗干擾措施,難以完全消除工頻干擾噪聲的影響,導致電磁流量計零點難以穩定、測量精度低、可靠性差。70年代中期,隨著電子技術的發展和同步采樣技術的問世,采用低頻矩形波勵磁技術,改變工頻干擾的形態特征,利用工頻同步采樣技術,獲得電磁流量計較好的抗工頻干擾的能力,測量精度提高、零點穩定、可靠性增強。80年代初采用三值低頻矩形波勵磁技術和動態校零技術、同步勵磁、同步采樣技術以獲得電磁流量計最佳的零點穩定性,進一步提高抗工頻干擾和極化電勢干擾的能力。80年代末采用雙頻矩形波勵磁技術,既能克服流體介質產生的泥漿干擾和流體流動噪聲,又能具有低頻矩形波勵磁電磁流量計的零點穩壓性,實現電磁流量計零點穩定性、抗干擾能力和響應速度的最佳統一。因此電磁流量計勵磁技術的進步,一方面改變正交干擾電勢的形態和特征,另一方面降低泥漿干擾和流動噪聲的數量級,從而提高電磁流量計抗干擾能力,所以電磁流量計勵磁技術的改進是最有效的抗干擾措施。
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