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【原创】智能电磁流量计抗搅扰技巧的探讨

doingmingming

2010/12/11

颗粒度测量

　　　　电磁流量计的开展和使用与其抗搅扰技巧的开展提高亲密相干，特殊是近几十年来采用三直低频矩形动摇励磁技巧和双频矩形波励磁技巧，以及微处置器硬件和软件技巧分明地进步了电磁流量计抗搅扰才能和测量精度，扩展了电磁流量计的使用范畴，改动了人们临时以为电磁流量计测量精度低，抗搅扰才能差的概念。

　　电磁流量计是基于导电性流体在磁场中运动所发生的感应电势来推算流体流量的测量仪表，其根本任务原理是电磁感应定律。因而电磁耦合静电感应是电磁流量计搅扰噪声的首要来源;被测流体介质特性发生的电化学搅扰噪声是电磁流量计搅扰燥声的第二来源;电磁流量计供电电源的电压和频率动摇等电源搅扰噪声是电磁流量计搅扰噪声的第三来源。以上三类搅扰噪声的来源、机理、特性不同。对电磁流量计的影响方式不同，对应采用的抗搅扰措施也不同。作者联合双频矩形波励磁智能电磁流量计的探讨任务，着重就智能电磁流量计抗搅扰技巧加以研究，提出少许抗搅扰的对策，以供智能仪器探讨设计参照。

　　二电磁流量计抗搅扰技巧的开展历史

　　电磁流量计的开展历史就是其抗搅扰技巧的开展历史。早在1832年，英国物理学家法拉第设想地球磁场来测量泰晤土河水的流速，并实行了现场实验，但未能取得成功。重要缘由是在直流励磁磁场下存在流体介质的极化效应和热电效应而发生搅扰噪声吞没了流量信号电势。河床短路了流速信号电势，加之事先的流量技巧远远没有到达处理各类搅扰噪声的抑制和高阻抗信号测量的程度，因而招致初次电磁流量计实验探讨的失败。固然，从电磁流量计探讨伊始就面临如何克制各类搅扰噪声的顺手难题，正因如此，在过后的电磁流量计探讨进程中，人们都将其抗搅扰技巧列为首要的技巧Issue(问题)。

　　电磁流量计励磁技巧的开展极大地推进其抗搅扰技巧的提高。50年代末电磁流量计初次工业使用开端，电磁流量计抗搅扰技巧的开展阅历了几个阶段，每一次提高都是为理解决其抗搅扰才能的Issue(问题)，促使电磁流量计抗搅扰技巧显示一次飞跃，电磁流量计的功能目标进步。50年代末六十年代初，为了削弱直流励磁磁场下电极外表的严重极化电势的影响，采用了工频正弦波励磁技巧，但招致了电磁感应、静电耦合等工频搅扰，致使采用复杂的正交搅扰抑制电路等多种抗搅扰措施，难以整个消弭工频搅扰噪声的影响，招致电磁流量计零点难以稳固、测量精度低、牢靠性差。70年代中期，随着电子技巧的开展和同步采样技巧的问世，采用低频矩形波励磁技巧，改动工频搅扰的形状特征，应用工频同步采样技巧，取得电磁流量计较好的抗工频搅扰的才能，测量精度进步、零点稳固、牢靠性加强。80年代初采用三值低频矩形波励磁技巧和静态校零技巧、同步励磁、同步采样技巧以取得电磁流量计最佳的零点稳固性，进一步进步抗工频搅扰和极化电势搅扰的才能。80年代末采用双频矩形波励磁技巧，既能克制流体介质发生的泥浆搅扰和流体活动噪声，又能具有低频矩形波励磁电磁流量计的零点稳压性，完成电磁流量计零点稳固性、抗搅扰才能和呼应速率的最佳一致。因而电磁流量计励磁技巧的提高，一方面改动正交搅扰电势的形状和特征，另一方面降低泥浆搅扰和活动噪声的数目级，从而进步电磁流量计抗搅扰才能，因此电磁流量计励磁技巧的改良是最有用的抗搅扰措施。

　　三电磁流量计搅扰噪声的物理机理、特性及其对策

　　为了对电磁流量计抗搅扰技巧加以研究，首先必需对电磁流量计搅扰噪声发生的物理机理和特性加以剖析探讨，从而按照各类搅扰噪声的特性采用对应的抗搅扰对策，以进步电磁流量计抗搅扰的才能。

　　1 工频搅扰噪声

　　工频搅扰噪声是由电磁流量传感器励磁绕组和流体、电极、缩小器输出回路的电磁耦合，另外电磁流量计任务现场的工频共模搅扰，其三供电电源引入的工频串模搅扰等，其发生的物理机理均是电磁感应原理。首先就电磁流量传感器励磁绕组和流体、电极、缩小器输出回路的电磁耦合发生的工频搅扰对电磁流量计任务影响最大，并且在不同的励磁技巧下其展现的形状、特性不同，因此采取抗搅扰措施也不同

　　下此工频搅扰噪声的特性。在工频正弦波励磁磁场下，此种电磁耦合工频搅扰噪声展现方式为正交搅扰(见图1b)，又称为变压器电势，其特点是搅扰噪声幅值和工频正弦波励磁频率成反比，相位滞后流量信号电势900，且幅值较流量信号电势大几个数目级。在低频矩形波励磁，三值低频矩形波励磁和双频矩形波励磁要求，此种电磁巧合工频搅扰噪声展现方式为微分搅扰(见图1c)，其波形为脉冲波形，其中幅值和磁通变化率成反比，且按指数规律衰减，普通而言其幅值比正弦波励磁要求下的正交搅扰大得多，另外此微分搅扰仅在励磁磁通变化时发生，而在磁通恒定时，下一个磁通出现变化之前不会发生微分搅扰，具有时段性。

　　针对工频正弦波励磁下的正交搅扰噪声，采用复杂的主动正交抑制零碎减小正交搅扰噪声的影响，但由于正交搅扰噪声比流量信号电势大几个数目级正交抑制电子电路的任何不完善都将招致一局部正交搅扰转换成同相关扰，使工频正弦波励磁电磁流量计零点漂移，流量测量精度难以进步。

　　采用低频矩形波励磁、三值低频矩形波励磁、双频矩形波励磁，正交搅扰噪声演化成为微分搅扰。由于微分搅扰具有时段时，应用同步采样技巧在磁场恒活期，即微分搅扰衰减为零之后，采用宽脉冲同步采样( 工频周期的偶数倍)，以防止串入流量信号电势中的工频搅扰的影响。其次采用控制励磁电流(励磁磁通)变化率的办法减小微分搅扰的幅值，但减小流量信号采样的时刻间距;也能够采用程控增益技巧使微分搅扰时段增益为Odb，而恒磁通时段增益为100db，以减小微分搅扰的幅值的影响。

　　关于工频共模搅扰和工频串模搅扰是多见的搅扰，重要是由于电磁屏蔽缺陷、散布电容耦合、电磁流量计接地不良等缘由发生，采用输出维护技巧、高输出阻抗、高共模抑制比自举前置缩小器技巧以及反复接地技巧，工频宽脉冲同步采样技巧等进步抗工频搅扰的才能。

　　2 流体介质特性发生的电化学搅扰噪声

　　电化学极化电势搅扰是由于电极感生电动势在两极极性不同而招致电解质在电极外表极化发生。即使采用正负交变励磁磁场能明显削弱极化电势的数目级，但不能基本上整个消弭极化电势搅扰。其特性于流体介质的性质、电极资料性质、电极的外形尺寸外形有关，具有变化迟缓，数目级不大等特点，如图2所示流体电化学电势搅扰及其处理办法。因而选择适宜的电极资料(如碳化钨)，设计最佳的电极外形的尺寸是减小极化电势的有用办法之一;另外采用正负两极性交变的矩形波励磁技巧配合微处置器同步宽脉冲采样技巧，到用微处置器运算功效前后两次采样值相减消弭流量信号电势中的极化电势搅扰。

　　3 供电电源性搅扰

　　电磁流量计普通都采用工频交流电源供电，其电源电压的幅值和频率的变化都会给电磁流量计带来电源性搅扰噪声。对电源电压的幅值变化，因采用多级集成稳压，普通而言电源电压的幅值变化对电磁流量的测量精度影响不大。当电源电压的频率动摇时，即使其动摇领域无限，但对电磁流量计测量精度影响较大。在智能矩形波励磁电磁流量计(www.jsatm.com)中采用宽脉冲采样技巧，其脉冲宽度为工频周期的整数倍，具同步于工频周期，以整个消弭工频搅扰，但前提要求是工频噪声搅扰根本不变。当供电电源频率动摇时，流量信号采样时使前后的工频噪声不能整个相反，即使采用同步励磁技巧、同步采样技巧依然不能整个消弭工频搅扰噪声，必需采用对应的频率补偿技巧，使励磁电流、采样脉冲，A/D 转换同步于频率的变化。

　　四智能电磁流量计硬件抗搅扰技巧

　　综合上述电磁流量计搅扰噪声发生的物理和特性剖析，智能电磁流量计辨别采用硬件和软件搅扰技巧，以进步电磁流量计抗搅扰才能。

　　1 新型励磁技巧是进步电磁流量计抗搅扰才能的紧要手腕

　　电磁流量计励磁技巧的开展，不只削弱电极极化电势、泥浆搅扰、活动噪声的影响，又能改动工频搅扰的形状，便于同步采样技巧处置工频搅扰噪声，以防止工频搅扰的影响。目前电磁流量传感器采用工频频率同步三值低频矩形励磁和双频矩形波励磁，从而进步电磁流量计全部抗搅扰才能，进步电磁流量计的测量精度和牢靠性。

　　2 前置缩小器的设计是进步抗搅扰才能的首要环节

　　电磁流量传感器输入流信号非常微弱，内阻抗较高，因而高输入入阻抗、低漂移、低噪声、高CRMM前置缩小器才干满足抗同相共模搅扰的请求。前置缩小器采用JFET高输出阻抗电压缓冲器，低漂移低噪声减法器，精细电阻精心婚配构成仪用缩小器，并采用输出维护技巧，共模电压自举技巧和接地技巧大大进步抗共模搅扰的才能，抑制零点漂移的影响。

　　3 同步采样的频度补偿技巧

　　同步采样和工频电源频率监视补偿技巧，是进步抗流量信号电势中混入工频搅扰和工频电源频率动摇发生工频搅扰才能的有用办法。同步采样技巧，其采样脉宽为工频周期的整数倍，使流量信号电势中工频搅扰均匀值等于零，以消弭工频搅扰的影响;工频电源的频率动摇补偿是确保频率的静态动摇中，励磁电源和采样脉冲得以同步伐整，真正完成同步采样技巧和同步励磁技巧，同步A/D转换，以降低工频搅扰的影响。

　　4 采用新型HCMOS系列芯片技巧

　　采用74HC系列芯片技巧较采用74LS系列芯片其低噪声容限进步2.4倍，高燥声容限进步2.1倍，智能电磁流量计全部硬件采用74HC系列芯片，不只降低全部功耗，并且进步元器件自身抗搅扰才能，为电源流量计小型轻量一体化奠定了根底。

　　5 微处置器零碎电源电压监视技巧

　　智能电磁流量计中微处置器零碎当电源瞬态欠压，励磁开关脉激动作都会形成微处置器误举措，数据丧失等景象，因而必需采用牢靠的复位电路和电源电压监视技巧。最容易适用的办法是采用低本钱电源配合高灵敏度的电源电压监视器，进步微处置器零碎和抗搅扰才能。如图4所示微处置器电压监视器，其采用TL7705CP电源电压监视器芯片，具有电源加电、电源瞬时欠压均能发生牢靠的复位信号。

　　五智能电磁流量计软件抗搅扰技巧

　　智能电磁流量计固化在EPROM中的软件配合硬件除完成智能电磁流量计的正常功效外，必需具有较强的抗搅扰才能和容错才能，构成完善的使用程序。

　　1 数字滤波技巧

　　数字滤波技巧是智能仪器中最常采用的技巧，可以完成模仿滤波器不能完成的功效，很轻易处理脉冲搅扰剔除、数字电路毛刺搅扰消弭、A/D转换器的抗工频才能以及输出微处置器数字的牢靠性Issue(问题)。

　　2 程控缩小器技巧

　　程控缩小器技巧即处理电磁流量计量程主动转换Issue(问题)，一同应用增益控制办法有用减弱微分搅扰峰值使缩小器过载的Issue(问题)，便于流量信号电势处置，进步抗微分搅扰的才能。

　　3 微处置器硬件毛病自诊断技巧

　　微处置器硬件毛病自诊断技巧是采用软件容错设计，极大地进步硬件零碎的牢靠性，从而进步全部智能电磁流量计的抗搅扰才能。详细包括CPU自诊断，定时器诊断，中缀功效诊断，RAM诊断，A/D通道诊断和校正，D/A通道诊断，数字I/O口通道的诊断等局部，触及到智能电磁流量计的关键部件。

　　4 微处置器抗搅扰技巧

　　上述各类抗搅扰措施是处理输出、输入通道中的各类搅扰Issue(问题)，当搅扰噪声没有作用到微处置器自身时，微处置器依然正确无误地执行各类抗搅扰软件，消弭或许减弱搅扰噪声对电磁流量计输出输入通路的影响，当搅扰噪声经过三总线等作用到微处置器自身，CPU将不能按正常形态执行程序，招致智能电磁流量计全部任务混乱，为了进步微处置器本身的抗搅扰才能采用硬件和软件相配合的多种抗搅扰措施。多种复位方式处理失控的CPU最容易的办法，掉电维护技巧，软件指令冗余措施，软件圈套抗搅扰办法也是扫除智能电磁流量计微处置器失控的有用办法。

　　5 程序运转监视零碎(WATCHDOG)

　　智能电磁流量计采用程序运转监视零碎以监视微处置器执行使用程序的情况，当程序正弹到一个暂时组成的死循环中时看门狗能及时发并强迫零碎复位，解脱死循环形态，图5所示是由硬件和软件配合组成的程序运转监视器。

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mlb2003

第1楼2010/12/14

不知道这个是哪些领域的？

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