電磁流量計(jì)原理、使用中問題及解決方案
發(fā)布時間：2023-01-13 00:05:22來源：hseauto.cn來源：..
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電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律來測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響：性能可靠，精度高；可雙向測量，具有多種輸出類型等等。但在實(shí)際測量過程中，干擾信號會與有用信號混在一起，對測量產(chǎn)生影響，在這種情況下如何有效地抑制并排除這些干擾，提高測量的精確度和穩(wěn)定性就成為研制和使用電磁流量計(jì)的一個關(guān)鍵。
1、電磁流量計(jì)的工作原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律。當(dāng)一個導(dǎo)體在磁場內(nèi)運(yùn)動時，在與磁場方向、運(yùn)動方向相互垂直方向的導(dǎo)體兩端，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與導(dǎo)體運(yùn)動速度和磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小成正比。
如圖一，當(dāng)導(dǎo)電流體以平均流速V（m/s）通過裝有一對測量電極的一根內(nèi)徑為D（m）的絕緣導(dǎo)管內(nèi)流動時，該管道處于一個均勻的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B（T）的磁場中，那么在一對電極上就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E（V），它的方向垂直于磁場和流體的方向。
法拉第電磁感應(yīng)定律為：E-B·D·V
2、電磁流量計(jì)使用中常見的問題分析
傳感器提供給轉(zhuǎn)換器的流量信號為電極間的電位差只有幾個毫伏，信號較小。在實(shí)際測量中，由于電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)以及電化學(xué)電勢等原因，電極上所得到的毫伏信號不僅僅是與流速成比例的電動勢，也包含各種各樣的干擾成分在內(nèi)，造成流量計(jì)在使用中出現(xiàn)各種各樣的問題，歸納總結(jié)如下：
2.1測量信號數(shù)值不準(zhǔn)、不穩(wěn)、亂跳問題通過現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，電磁流量計(jì)工作環(huán)境中存在工頻信號，這些工頻信號耦合到激磁回路、電極、前端放大器中形成工頻干擾，而現(xiàn)有產(chǎn)品中信號處理電路通常采用的低通濾波往往很難將工頻干擾完全濾出，是造成測量信號數(shù)值不準(zhǔn)、不穩(wěn)、亂跳的主要原因。其次，工業(yè)現(xiàn)場中存在大量的隨機(jī)干擾，這些干擾信號混入到測量信號中也是造成測量信號數(shù)值不準(zhǔn)、不穩(wěn)、亂跳的原因之一。
2.2零點(diǎn)漂移問題
零點(diǎn)漂移，就是當(dāng)傳感器的輸入信號為零時，放大器的輸出并不是零。零點(diǎn)漂移的信號會在各級放大的電路間傳遞，經(jīng)過多級放大后，在輸出端成為較大的信號，由于傳感器輸出的有用信號較弱，零點(diǎn)漂移就可能將有用信號淹沒，使電路無法正常工作。
通過現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，由于電磁屏蔽缺陷，接地不良，雜散電容等引起返回電流不平衡產(chǎn)生共模干擾，導(dǎo)致電路某些參考電位變化，是造成流量計(jì)零點(diǎn)漂移的原因之一。
其次，流量計(jì)所處的環(huán)境溫度變化較大，造成電路受溫度影響產(chǎn)生變化，也是造成零點(diǎn)漂移問題的原因之一。
2.3現(xiàn)場顯示死機(jī)、亂碼問題
由于現(xiàn)場中存在大量的用電設(shè)備及控制設(shè)備，在對設(shè)備啟動及控制時，會對供電系統(tǒng)產(chǎn)生浪涌沖擊，造成流量計(jì)的供電電壓不穩(wěn)定，直接影響到流量計(jì)的控制電路，造成控制程序失控導(dǎo)致現(xiàn)場顯示死機(jī)、亂碼問題。
3、解決方案
3.1測量信號數(shù)值不準(zhǔn)、不穩(wěn)、亂跳問題的解決方案由上文可以看出，造成電磁流量計(jì)測量信號數(shù)值不準(zhǔn)、不穩(wěn)、亂跳問題的主要根源為工頻干擾，通過論證采用同步采樣技術(shù)可以有效抑制測量信號中的工頻干擾信號。同步采樣也稱為跟蹤采樣，即為了使采樣頻率fs始終與系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的頻率f1保持固定的比例關(guān)系N=fs/f1，其采樣脈寬為工頻周期的整數(shù)倍，使流量信號電勢中工頻干擾平均值等于零，以消除工頻干擾的影響；對于隨機(jī)干擾信號可以采用數(shù)字濾波程序進(jìn)行處理，針對不同的干擾信號可以采用程序判斷濾波、中值濾波算術(shù)平均值濾波、滑動平均值濾波、加權(quán)滑動平均值濾波等濾波方式可收到很好的效果。
3.2零點(diǎn)漂移問題的解決方案
共模干擾是指信號輸人通道上共有的干擾電壓。通常輸入通道設(shè)計(jì)中采用的是單端對地輸入方式，因此造成共模信號耦合到有用信號當(dāng)中，造成零點(diǎn)的漂移。通過改變輸入通道輸入方式，把單端對地輸入方式改為雙端不對地輸入方式即通常所說的差動輸入方式，通過差動輸入方式使共模干擾在輸入通道上的干擾電壓得以抵消，使得共模干擾產(chǎn)生零點(diǎn)漂移問題得以解決。
對于環(huán)境溫度變化造成的零點(diǎn)漂移問題，采用溫度補(bǔ)償技術(shù)使這一問題得到了很好的解決。即在電路中增加了環(huán)境溫度檢測部分，并把檢測到的溫度值實(shí)時傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)采到的溫度變化，對電路中的一些參數(shù)進(jìn)行糾偏，大大減小了環(huán)境溫度變化對對電路產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移。
3.3現(xiàn)場顯示死機(jī)、亂碼問題的解決方案對于程序失控造成的死機(jī)、亂碼問題，電路中增加了程序運(yùn)行監(jiān)控電路即看門狗，功能是當(dāng)單片機(jī)程序失控時能及時發(fā)現(xiàn)并是整個系統(tǒng)復(fù)位，使程序的運(yùn)行重新回到正確的軌道當(dāng)中，避免了死機(jī)、亂碼問題的發(fā)生。
此外產(chǎn)品中還運(yùn)用了掉電保護(hù)技術(shù)，軟件指令冗余措施，軟件陷阱抗干擾技術(shù)，這些措施的采用也有效地保護(hù)了電磁流量計(jì)單片機(jī)程序的失控。
電磁流量計(jì)在設(shè)計(jì)中采用了多種抗干擾的措施后，其測量精確度和運(yùn)行可靠性大幅提高，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了不錯的效果。
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