相關(guān)產(chǎn)品推薦更多 >>
高溫電磁流量計(jì)的勵(lì)磁干擾分析與抗干擾方法
點(diǎn)擊次數(shù):1822 發(fā)布時(shí)間:2021-01-01 12:20:52
摘要:根據(jù)高溫電磁流量計(jì)的測(cè)量原理,結(jié)合高溫電磁流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用中遇到的正交干擾、微分干擾、工頻干擾等問(wèn)題,分析干擾產(chǎn)生的原因,提出采用同步采樣技術(shù)、采樣時(shí)間長(zhǎng)度選擇、數(shù)字濾波技術(shù)等方法,從根本上對(duì)這些干擾信號(hào)進(jìn)行抑制和消除,使高溫電磁流量計(jì)更適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
1 低頻交流矩形波勵(lì)磁技術(shù)中干擾的分析
1.1 正交干擾與微分干擾
傳感器就如同一個(gè)副邊只有一匝的變壓器,由被測(cè)介質(zhì)、電*、引出線和轉(zhuǎn)換器的輸入電路所組成的閉合回路組成。當(dāng)采用正弦交流勵(lì)磁時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng),電*上產(chǎn)生的電勢(shì)為E=BmDvsin(ωt)。同時(shí),因?yàn)檫@個(gè)閉合回路實(shí)際上不能與磁力線完全平行,總會(huì)有一部分磁力線穿過(guò)該閉合回路,從而在回路內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)干擾電動(dòng)勢(shì)疊加在電*上,即高溫電磁流量計(jì)變壓器效應(yīng)原理,其大小為:et=-dB/dt,對(duì)于正弦交流勵(lì)磁,B=Bmsin(ωt),則有:et=-Bmωcos(ωt)=-Bmωsin(ωt+90°)
比較流速信號(hào)E與干擾信號(hào)et,頻率相同,相位相差90°。因此,et為90°干擾,又稱(chēng)正交干擾。對(duì)于低頻交流矩形波勵(lì)磁,則表現(xiàn)在由于勵(lì)磁電流突變而導(dǎo)致微分干擾信號(hào)的產(chǎn)生,干擾信號(hào)會(huì)隨著電流的穩(wěn)定而逐步消失。
根據(jù)以上分析,采用低頻交流矩形波勵(lì)磁,電*走線偏離將會(huì)產(chǎn)生微分干擾以及由其衍生的直流偏置。如圖2所示。兩個(gè)電*分別通過(guò)引線引到傳感器上部與變送器相連,正面電*走線如圖所示,有標(biāo)準(zhǔn)、偏1/3、偏2/3、完全偏離4種,背面電*是標(biāo)準(zhǔn)走線。采用恒流500mA,5Hz交流矩形波勵(lì)磁,相應(yīng)的電*信號(hào)如圖3所示。可以看出,隨著偏離的程度增加,微分干擾和直流偏置同趨勢(shì)增加。
1.2 工頻干擾
工頻干擾是高溫電磁流量計(jì)常見(jiàn)的干擾源。當(dāng)流量計(jì)處于電源形成電磁場(chǎng)中時(shí),由于分布電容的存在,以電磁波的輻射形式干擾電*信號(hào),或者是由供電電源引入的工頻串?dāng)_,工作現(xiàn)場(chǎng)的工頻共模干擾,其產(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。幅度與流量信號(hào)相比,往往要大幾個(gè)數(shù)量級(jí),頻率與供電電源頻率相同。如圖4所示,線圈驅(qū)動(dòng)頻率為5Hz的電*信號(hào),被耦合了50Hz的工頻干擾,幅度大概相當(dāng)于1feet/s。
1.3 泥漿干擾和流動(dòng)噪聲
泥漿干擾是在測(cè)量泥漿、纖維漿等固液兩相導(dǎo)電性流體時(shí),固體顆?;蛘邭馀莶吝^(guò)電*表面時(shí),電*表面的接觸電化學(xué)電勢(shì)突然變化,電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲。流體流動(dòng)噪聲是在測(cè)量低導(dǎo)率流體時(shí),電*的電化學(xué)電勢(shì)定期波動(dòng),產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲,具有類(lèi)似泥漿干擾的1/f頻譜特性,因此提高勵(lì)磁頻率有助于降低流體流動(dòng)噪聲的數(shù)量級(jí),以提高電磁流量傳感器測(cè)*低導(dǎo)電率流體流量的信噪比。
2 抗干擾方法
2.1 同步采樣技術(shù)
對(duì)于低頻方波勵(lì)磁我們可以采用同步采樣技術(shù)進(jìn)行。根據(jù)線圈驅(qū)動(dòng)給出的同步信號(hào),對(duì)電*信號(hào)在指定時(shí)間開(kāi)始取樣,取指定的時(shí)間長(zhǎng)度。例如只取電*信號(hào)*后的20%納入流量計(jì)算,這樣就有效避免了微分干擾和建立穩(wěn)定磁場(chǎng)需要一定時(shí)間的問(wèn)題。
2.2 采樣時(shí)間長(zhǎng)度
采樣時(shí)間長(zhǎng)度要取工頻周期的整數(shù)倍,這樣即使混有工頻干擾信號(hào),因其采樣時(shí)間長(zhǎng)度為完整的工頻周期,其平均值也為零,干擾不起作用。
2.3 零點(diǎn)偏移與直流偏置
零點(diǎn)偏移是指在流體流速為零時(shí),電*兩端依然有電勢(shì)差。理論上此時(shí)應(yīng)該沒(méi)有電勢(shì)差,但由于電子部件的不對(duì)稱(chēng)、傳感器制造不對(duì)稱(chēng)等原因,造成此電勢(shì)差,這個(gè)值可以放在標(biāo)定過(guò)程中去除。直流偏置是指電*信號(hào)整體向上或向下偏移,不以0電平對(duì)稱(chēng),這是由于制造過(guò)程中線圈不對(duì)稱(chēng)、電*走線不標(biāo)準(zhǔn)、共模干擾、電化學(xué)效應(yīng)等因素造成。直流偏置在采用了低頻交流矩形波勵(lì)磁后,不影響流量計(jì)的測(cè)量。
2.4 數(shù)字濾波技術(shù)
限幅濾波法,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷,確定兩次采樣允許的*大偏差值。每次采樣測(cè)到的新值與前一次值作比較,如果差值小于允許的*大偏差值則有效,否則無(wú)效,用前一次值代替。這樣就可以有效過(guò)濾現(xiàn)場(chǎng)干擾、毛刺、過(guò)程流體顆粒撞擊電*引起的過(guò)程噪聲等干擾。算術(shù)平均濾波法,連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,N值較大時(shí),信號(hào)平滑度較高,但靈敏度較低;N值較小時(shí),信號(hào)平滑度較低,但靈敏度較高。
舉例,如圖5所示,線圈采用5Hz驅(qū)動(dòng)時(shí)的0feet/s,3.1feet/s,5.9feet/s流速下的電*信號(hào),利用上述方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并計(jì)算流速。取每半波*后的20%納入流速計(jì)算,正半波與負(fù)半波相減即是流速。如3.1feet/s–(-2.8feet/s)=5.9feet/s,雖然有+0.15 feet/s的直流偏置,但也不影響流速的計(jì)算。因線圈是5Hz驅(qū)動(dòng),半波的20%是20ms,正好是1個(gè)完整的工頻周期,這樣就不受工頻干擾的影響。正半波與負(fù)半波相減,這樣就避免了直流偏置和共模干擾的影響。再加上在數(shù)字濾波過(guò)程中使用限幅濾波和算數(shù)平均,保證了流量信號(hào)的有效提取。
4 接地
由于在電*上產(chǎn)生的流量信號(hào)是μV級(jí),流量計(jì)安裝地點(diǎn)附近經(jīng)常有其他電器設(shè)備,環(huán)境復(fù)雜,容易受到附近其他設(shè)備的影響,變送器必須可靠接地;流量計(jì)經(jīng)常被安裝在室外,風(fēng)吹日曬,溫濕度變化比較大,夏天容易受到雷電的沖擊,環(huán)境惡劣,接地可以減少損壞的風(fēng)險(xiǎn);為了保證測(cè)量的精度和穩(wěn)定性,對(duì)于非金屬管道,傳感器的兩端必須采用接地環(huán)可靠接地,使進(jìn)入傳感器的流體保證零電位。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,接地線中的漏電流可能對(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。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上對(duì)干擾的分析,針對(duì)不同類(lèi)型的干擾,分別采取不同的措施,有效提高信噪比,強(qiáng)調(diào)接地的作用,提高了高溫電磁流量計(jì)的抗干擾能力和穩(wěn)定性,使其更加適應(yīng)于工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。
高溫電磁流量計(jì)類(lèi)型
高溫電磁流量計(jì)工作原理
高溫電磁流量計(jì)校驗(yàn)方法
高溫電磁流量計(jì)型號(hào)規(guī)格
高溫電磁流量計(jì)精度等級(jí)
高溫電磁流量計(jì)選型考慮因素
高溫電磁流量計(jì)安裝要求
關(guān)于高溫電磁流量計(jì)在彎管正確的安裝方法
關(guān)于高溫型電磁流量計(jì)使用過(guò)程中產(chǎn)生故障處理分析
高溫電磁流量計(jì),一體型智能電磁流量計(jì)
高溫電磁流量計(jì)的勵(lì)磁干擾分析與抗干擾方法
影響高溫電磁流量計(jì)響應(yīng)速度的常見(jiàn)因素及處理結(jié)果分析
關(guān)于耐高溫電磁流量計(jì)在空調(diào)冷凍水的測(cè)量案例分析
1 低頻交流矩形波勵(lì)磁技術(shù)中干擾的分析
1.1 正交干擾與微分干擾
傳感器就如同一個(gè)副邊只有一匝的變壓器,由被測(cè)介質(zhì)、電*、引出線和轉(zhuǎn)換器的輸入電路所組成的閉合回路組成。當(dāng)采用正弦交流勵(lì)磁時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng),電*上產(chǎn)生的電勢(shì)為E=BmDvsin(ωt)。同時(shí),因?yàn)檫@個(gè)閉合回路實(shí)際上不能與磁力線完全平行,總會(huì)有一部分磁力線穿過(guò)該閉合回路,從而在回路內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)干擾電動(dòng)勢(shì)疊加在電*上,即高溫電磁流量計(jì)變壓器效應(yīng)原理,其大小為:et=-dB/dt,對(duì)于正弦交流勵(lì)磁,B=Bmsin(ωt),則有:et=-Bmωcos(ωt)=-Bmωsin(ωt+90°)
比較流速信號(hào)E與干擾信號(hào)et,頻率相同,相位相差90°。因此,et為90°干擾,又稱(chēng)正交干擾。對(duì)于低頻交流矩形波勵(lì)磁,則表現(xiàn)在由于勵(lì)磁電流突變而導(dǎo)致微分干擾信號(hào)的產(chǎn)生,干擾信號(hào)會(huì)隨著電流的穩(wěn)定而逐步消失。
根據(jù)以上分析,采用低頻交流矩形波勵(lì)磁,電*走線偏離將會(huì)產(chǎn)生微分干擾以及由其衍生的直流偏置。如圖2所示。兩個(gè)電*分別通過(guò)引線引到傳感器上部與變送器相連,正面電*走線如圖所示,有標(biāo)準(zhǔn)、偏1/3、偏2/3、完全偏離4種,背面電*是標(biāo)準(zhǔn)走線。采用恒流500mA,5Hz交流矩形波勵(lì)磁,相應(yīng)的電*信號(hào)如圖3所示。可以看出,隨著偏離的程度增加,微分干擾和直流偏置同趨勢(shì)增加。
1.2 工頻干擾
工頻干擾是高溫電磁流量計(jì)常見(jiàn)的干擾源。當(dāng)流量計(jì)處于電源形成電磁場(chǎng)中時(shí),由于分布電容的存在,以電磁波的輻射形式干擾電*信號(hào),或者是由供電電源引入的工頻串?dāng)_,工作現(xiàn)場(chǎng)的工頻共模干擾,其產(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。幅度與流量信號(hào)相比,往往要大幾個(gè)數(shù)量級(jí),頻率與供電電源頻率相同。如圖4所示,線圈驅(qū)動(dòng)頻率為5Hz的電*信號(hào),被耦合了50Hz的工頻干擾,幅度大概相當(dāng)于1feet/s。
1.3 泥漿干擾和流動(dòng)噪聲
泥漿干擾是在測(cè)量泥漿、纖維漿等固液兩相導(dǎo)電性流體時(shí),固體顆?;蛘邭馀莶吝^(guò)電*表面時(shí),電*表面的接觸電化學(xué)電勢(shì)突然變化,電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲。流體流動(dòng)噪聲是在測(cè)量低導(dǎo)率流體時(shí),電*的電化學(xué)電勢(shì)定期波動(dòng),產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲,具有類(lèi)似泥漿干擾的1/f頻譜特性,因此提高勵(lì)磁頻率有助于降低流體流動(dòng)噪聲的數(shù)量級(jí),以提高電磁流量傳感器測(cè)*低導(dǎo)電率流體流量的信噪比。
2 抗干擾方法
2.1 同步采樣技術(shù)
對(duì)于低頻方波勵(lì)磁我們可以采用同步采樣技術(shù)進(jìn)行。根據(jù)線圈驅(qū)動(dòng)給出的同步信號(hào),對(duì)電*信號(hào)在指定時(shí)間開(kāi)始取樣,取指定的時(shí)間長(zhǎng)度。例如只取電*信號(hào)*后的20%納入流量計(jì)算,這樣就有效避免了微分干擾和建立穩(wěn)定磁場(chǎng)需要一定時(shí)間的問(wèn)題。
2.2 采樣時(shí)間長(zhǎng)度
采樣時(shí)間長(zhǎng)度要取工頻周期的整數(shù)倍,這樣即使混有工頻干擾信號(hào),因其采樣時(shí)間長(zhǎng)度為完整的工頻周期,其平均值也為零,干擾不起作用。
2.3 零點(diǎn)偏移與直流偏置
零點(diǎn)偏移是指在流體流速為零時(shí),電*兩端依然有電勢(shì)差。理論上此時(shí)應(yīng)該沒(méi)有電勢(shì)差,但由于電子部件的不對(duì)稱(chēng)、傳感器制造不對(duì)稱(chēng)等原因,造成此電勢(shì)差,這個(gè)值可以放在標(biāo)定過(guò)程中去除。直流偏置是指電*信號(hào)整體向上或向下偏移,不以0電平對(duì)稱(chēng),這是由于制造過(guò)程中線圈不對(duì)稱(chēng)、電*走線不標(biāo)準(zhǔn)、共模干擾、電化學(xué)效應(yīng)等因素造成。直流偏置在采用了低頻交流矩形波勵(lì)磁后,不影響流量計(jì)的測(cè)量。
2.4 數(shù)字濾波技術(shù)
限幅濾波法,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷,確定兩次采樣允許的*大偏差值。每次采樣測(cè)到的新值與前一次值作比較,如果差值小于允許的*大偏差值則有效,否則無(wú)效,用前一次值代替。這樣就可以有效過(guò)濾現(xiàn)場(chǎng)干擾、毛刺、過(guò)程流體顆粒撞擊電*引起的過(guò)程噪聲等干擾。算術(shù)平均濾波法,連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,N值較大時(shí),信號(hào)平滑度較高,但靈敏度較低;N值較小時(shí),信號(hào)平滑度較低,但靈敏度較高。
舉例,如圖5所示,線圈采用5Hz驅(qū)動(dòng)時(shí)的0feet/s,3.1feet/s,5.9feet/s流速下的電*信號(hào),利用上述方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并計(jì)算流速。取每半波*后的20%納入流速計(jì)算,正半波與負(fù)半波相減即是流速。如3.1feet/s–(-2.8feet/s)=5.9feet/s,雖然有+0.15 feet/s的直流偏置,但也不影響流速的計(jì)算。因線圈是5Hz驅(qū)動(dòng),半波的20%是20ms,正好是1個(gè)完整的工頻周期,這樣就不受工頻干擾的影響。正半波與負(fù)半波相減,這樣就避免了直流偏置和共模干擾的影響。再加上在數(shù)字濾波過(guò)程中使用限幅濾波和算數(shù)平均,保證了流量信號(hào)的有效提取。
4 接地
由于在電*上產(chǎn)生的流量信號(hào)是μV級(jí),流量計(jì)安裝地點(diǎn)附近經(jīng)常有其他電器設(shè)備,環(huán)境復(fù)雜,容易受到附近其他設(shè)備的影響,變送器必須可靠接地;流量計(jì)經(jīng)常被安裝在室外,風(fēng)吹日曬,溫濕度變化比較大,夏天容易受到雷電的沖擊,環(huán)境惡劣,接地可以減少損壞的風(fēng)險(xiǎn);為了保證測(cè)量的精度和穩(wěn)定性,對(duì)于非金屬管道,傳感器的兩端必須采用接地環(huán)可靠接地,使進(jìn)入傳感器的流體保證零電位。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,接地線中的漏電流可能對(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。
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上對(duì)干擾的分析,針對(duì)不同類(lèi)型的干擾,分別采取不同的措施,有效提高信噪比,強(qiáng)調(diào)接地的作用,提高了高溫電磁流量計(jì)的抗干擾能力和穩(wěn)定性,使其更加適應(yīng)于工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。
上一篇:dn50電磁流量計(jì)的基本原理技術(shù)特點(diǎn)與使用安裝要求
下一篇:dn100電磁流量計(jì)無(wú)信號(hào)輸出的原因分析及檢查程序與處理方法