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電磁流量計(jì)干擾抑制方法分析 |
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| 發(fā)布時(shí)間：2024-01-25 10:29:54 點(diǎn)擊次數(shù)： |
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在電磁流量計(jì)的測(cè)量過(guò)程中,電極采集的流量信號(hào)混雜了大量的干擾信號(hào)和噪聲。流量信號(hào)中的干擾信號(hào)根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理不同可分為3類,第一類是與電磁流量計(jì)的電磁感應(yīng)原理有關(guān)的同相干擾、微分干擾等;第二類是和電化學(xué)作用有關(guān)的漿液噪聲、極化干擾、流動(dòng)噪聲等;第三類是因外部電路而引起的工頻干擾,可分為串模干擾、共模干擾兩種。
不同勵(lì)磁方式對(duì)流量計(jì)的功耗、精度、實(shí)時(shí)性等參數(shù)有著影響。勵(lì)磁方式可分為采用交變磁場(chǎng)和采用恒定磁場(chǎng)2種基本形式,采用交變磁場(chǎng)包括正弦波勵(lì)磁、低頻矩形波勵(lì)磁、三值矩形波勵(lì)磁、雙頻矩形波勵(lì)磁、三值梯形波勵(lì)磁等方式,采用恒定磁場(chǎng)包括直流電源勵(lì)磁和永磁鐵勵(lì)磁。
1.交變磁場(chǎng)勵(lì)磁
最早應(yīng)用在電磁流量計(jì)中的勵(lì)磁方式是工頻正弦波勵(lì)磁,此種電磁流量計(jì)測(cè)量迅速,這種方式能有效消除電極表面的極化現(xiàn)象,降低電化學(xué)電勢(shì)的影響和傳感器內(nèi)阻,但是由于頻率高,會(huì)帶來(lái)一系列電磁干擾如正交干擾、同相干擾等。矩形波勵(lì)磁將直流勵(lì)磁和交流勵(lì)磁的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),既具備交流勵(lì)磁極化干擾小的特點(diǎn)，又具有直流勵(lì)磁無(wú)正交干擾和同相干擾矩形波勵(lì)磁方式采樣時(shí)間窗口.長(zhǎng)且穩(wěn)定,可使流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性得到提高。
矩形波勵(lì)磁根據(jù)工作頻率的高低分為低頻矩形波勵(lì)磁和高頻矩形波勵(lì)磁，低頻勵(lì)磁雖然具有零點(diǎn)穩(wěn)定和有效降低電磁干擾的優(yōu)勢(shì),但是會(huì)降低傳感器的響應(yīng)速度,不再適用于高速變化流體的測(cè)量。高頻勵(lì)磁具有響應(yīng)速度快的優(yōu)勢(shì),但存在電磁干擾問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量精度的下降,其測(cè)量精度比不上低頻勵(lì)磁。隨著工業(yè)生產(chǎn)生活中對(duì)流體測(cè)量實(shí)時(shí)性和測(cè)量精度的提高,單頻的高頻勵(lì)磁和低頻勵(lì)磁已經(jīng)不能滿足人們的測(cè)量要求,于是國(guó)內(nèi)外研究人員將目光投向了雙頻勵(lì)磁。雙頻勵(lì)磁電磁流量計(jì)結(jié)合低頻矩形波勵(lì)磁和高頻矩形波勵(lì)磁的優(yōu)點(diǎn)。利用雙頻中低頻抑制測(cè)量液體噪聲、保持零點(diǎn)穩(wěn)定性和高頻激勵(lì)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)在測(cè)量被測(cè)液體時(shí)取得了較好的效果和較快的響應(yīng)速度。之后雙頻勵(lì)磁技術(shù)得到快速發(fā)展,衍生了高壓和脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)制低壓勵(lì)磁、時(shí)分雙.頻勵(lì)磁、雙頻梯形波勵(lì)磁等多種雙頻勵(lì)磁形式。時(shí)分雙頻勵(lì)磁方式不僅兼顧了高頻低頻的優(yōu)點(diǎn),還提高了流.量計(jì)的量程比。雙頻梯形波與矩形波相比,梯形波具有穩(wěn)定部分,增加了信號(hào)的穩(wěn)定性，可以有效消除差分干擾。與三角波相比,梯形波有上升沿和下降沿,提高了電壓的利用率。雖然雙頻勵(lì)磁兼具高頻勵(lì)磁響應(yīng)速度快和低頻勵(lì)磁穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),但是雙頻勵(lì)磁需要執(zhí)行的算法相更為復(fù)雜，這就使得流量計(jì)功耗較大。
2.恒定磁場(chǎng)勵(lì)磁
流量計(jì)采用恒定磁場(chǎng)勵(lì)磁時(shí),其優(yōu)點(diǎn)是磁場(chǎng)強(qiáng)度恒定不變,比交變磁場(chǎng)勵(lì)磁更容易實(shí)現(xiàn),流量計(jì)結(jié)構(gòu)也更加簡(jiǎn)化,受工頻干擾的影響小。恒定磁場(chǎng)勵(lì)磁技術(shù)遇到的最關(guān)鍵問(wèn)題是電化學(xué)作用在測(cè)量電極上產(chǎn)生極化電壓,由于電極輸出的流量測(cè)量信號(hào)和電極極化電壓均為直流信號(hào),導(dǎo)致很難從測(cè)量信號(hào)中剔除極化電壓干擾信號(hào),甚至極化電壓過(guò)大會(huì)掩蓋測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。因此,恒定磁場(chǎng)勵(lì)磁方式僅適用于內(nèi)阻極小、導(dǎo)電率極高且不產(chǎn)生極化電壓的特殊液態(tài)金屬的流量測(cè)量中。
目前克服電極表面極化的方法可以分為:1)對(duì)極化噪聲進(jìn)行補(bǔ)償。將非勵(lì)磁時(shí)段極化噪聲用來(lái)補(bǔ)償勵(lì)磁時(shí)段的極化噪聲。2)低通濾波極化噪聲并反饋補(bǔ)償。采用階低通濾波器剝離極化噪聲,并進(jìn)行反饋補(bǔ)償。因?yàn)榈屯V波器會(huì)使流量信號(hào)發(fā)生畸變,故此方法尚未應(yīng)用于商業(yè)儀表。3)將極化電壓控制在穩(wěn)定值。這是一種避開(kāi)極化電壓原理的方法,代表方法有繼電器電容反饋抑制極化?；谶@種理念，利用動(dòng)態(tài)反饋控制的方法應(yīng)用在永磁體勵(lì)磁的電磁流量計(jì)上。目前,這種方法是恒磁磁場(chǎng)勵(lì)磁方法研究的熱門(mén)領(lǐng)域。
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