德BURKERT寶德流量計(jì)中干擾問題探討
    摘要　在簡(jiǎn)要闡述了電磁流量計(jì)的幾種勵(lì)磁方式的基礎(chǔ)上,分析了低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)中常見的干擾及其影響,提出了相應(yīng)的處理措施,以電磁流量計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行。
    1　引　　言
   德BURKERT寶德流量計(jì)是根據(jù)法拉電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體體積流量的儀表。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,電磁流量計(jì)的勵(lì)磁方式經(jīng)歷了直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁,同時(shí)技術(shù)有了進(jìn)一步的提高,應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。由于其具有對(duì)液體適應(yīng)性較強(qiáng)的特點(diǎn),在現(xiàn)代工業(yè)中,已成為測(cè)量液體流量的。在現(xiàn)有的電磁流量計(jì)中,交流低頻矩形波勵(lì)磁方式已成為主要的勵(lì)磁方式。電磁流量計(jì)采用交流勵(lì)磁雖有一定的,但隨之而來(lái)的電磁干擾,就成為很麻煩的問題,特別是電磁干擾信號(hào)與有用的信號(hào)混在一起,它們不僅成分復(fù)雜,而且有時(shí)候干擾信號(hào)還會(huì)比流量信號(hào)大[1]。在這種情況下怎樣抑制和排除這些干擾,提高信噪比就成了研制和使用電磁流量計(jì)的一個(gè)重要的技術(shù)關(guān)鍵問題。
    2　低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)中干擾的分析
    低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)是結(jié)合了直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁技術(shù)的,同時(shí)避免了它們?nèi)秉c(diǎn)的一種勵(lì)磁技術(shù)低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)隨著集成電路技術(shù)和同步采樣技術(shù)的發(fā)展和實(shí)用化在電磁流量計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。它的勵(lì)磁磁場(chǎng)波形[2]如圖1所示。其頻率通常為工頻的偶數(shù)分之一。(一般為1/2～ 1/32)。從圖1(a)中可以看到在半個(gè)周期內(nèi),磁場(chǎng)是一恒穩(wěn)的直流磁場(chǎng)。它具有直流勵(lì)磁技術(shù)受電磁干擾影響小,不產(chǎn)生渦流效應(yīng),正交干擾和同相干擾小等特點(diǎn);但從整個(gè)時(shí)間過(guò)程看又是一個(gè)交變信號(hào),具有正弦波勵(lì)磁技術(shù)基本不產(chǎn)生極化現(xiàn)象,便與放大和處理信號(hào)。避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲等的。所以低頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)具有很的抗干擾。但從圖1(c)中也可以看到實(shí)際低頻矩形波勵(lì)磁方式中,由于勵(lì)磁電流矩形波存在上升沿和下降沿,在上升沿和下降沿也必然存在正交干擾,雖然很快會(huì)消失,但沿越陡正交干擾電動(dòng)勢(shì)也越大。
    另外除了由于勵(lì)磁電流引起的正交干擾,在電磁流量變送器中,由于兩電極的引線處于交變磁場(chǎng)中,當(dāng)變送器通電后,在引線的閉合回路內(nèi)就產(chǎn)生出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
    3　對(duì)抗干擾方式的分析
    3.1　變送器的調(diào)零法
    要消除由于“變壓器效應(yīng)”產(chǎn)生的正交干擾,主要有兩種方法:一種是人為的造成一個(gè)與正交干擾幅值相同的信號(hào)去與干擾信號(hào)相互抵消;另一種是讓引出線組成的閉合回路在磁場(chǎng)交鏈的磁通所形成的電流之代數(shù)和為零[3]。下面主要討論后一種方法。
    圖1　低頻矩形波勵(lì)磁波形
    如圖2所示,這種方法是在一個(gè)電極上引出兩根導(dǎo)線,分別接在電位器的兩端,另一個(gè)電極的引出線和電位器的中端分別接到轉(zhuǎn)換器的輸入端,即Rsr的兩端。這樣就形成了兩個(gè)閉合回路Ⅰ和Ⅱ ,在閉合回路Ⅰ中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e和閉合回路Ⅱ中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)e′,各自形成電流i和i′。i和i′分別經(jīng)過(guò)電位器的中端加到轉(zhuǎn)換器的輸入電阻Rsr上。因?yàn)檫@兩個(gè)電流的方向是相反的,當(dāng)被測(cè)液體的流速為零時(shí),調(diào)整電位器觸點(diǎn)的位置,可以找到一個(gè)平衡點(diǎn),使兩個(gè)閉合回路的電流大小相等,而方向相反,這樣就可以相互抵消。其關(guān)系可用下式表示,因:
    式中: r′為變送器內(nèi)阻,R1和R2分別為電位器左側(cè)和右側(cè)的電阻,f1和f2分別為通過(guò)回路Ⅰ和Ⅱ磁通。因流經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗Rsr的電流i和i′之差,即:
    因此,從理論上講,用這樣的方法可以把因變送器產(chǎn)生的正交干擾*消除。但由于制造工藝的原因,不可能*消除,所以還必須采取其他的措施。
    3.2　同步采樣技術(shù)
    當(dāng)信號(hào)連續(xù)時(shí),我們可使用同步采樣技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣[4]。但要注意采樣區(qū)域、寬度、對(duì)稱度、及采樣的起始點(diǎn)的選取,特別是在小流量情況下,對(duì)電磁流量計(jì)的測(cè)量精度有較大的影響。采樣頻率要選為工頻周期的整數(shù)倍。這樣即使混有干擾信號(hào)因其采樣時(shí)間為完整的工頻周期,其平均值也為零,干擾電壓不起作用。
    3.3　數(shù)字濾波技術(shù)
    數(shù)字濾波技術(shù)是智能儀器中常采用的技術(shù),能夠完成模擬濾波器不能完成的功能,很容易解決脈沖干擾剔除、數(shù)字電路毛刺干擾消除、A/D轉(zhuǎn)換器的抗工頻能力以及輸入微處理器數(shù)字的性等問題。
    3.4　接地
    由于電磁流量計(jì)中變送器的輸出信號(hào)很小,為了提高儀表抗干擾的能力,變送器輸入回路的零電位必須接地[5]。同時(shí),變送器的測(cè)量管外殼接地可以起屏蔽作用,減小外界和激磁系統(tǒng)本身的電磁場(chǎng)干擾[6]。必須強(qiáng)調(diào),流量計(jì)一定要單獨(dú)接地。因?yàn)槿襞c其他儀表或電氣裝置共同接地,接地線中的漏電流對(duì)測(cè)量信號(hào)將產(chǎn)生串模干擾,嚴(yán)重時(shí)流量計(jì)將無(wú)法工作。另外,接地點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離大型用電器,避免地電流串入流量計(jì),造成干擾源。