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电磁流量计干扰抑制方法分析 |
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| 发布时间：2024-01-25 10:29:54 点击次数： |
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在电磁流量计的测量过程中,电极采集的流量信号混杂了大量的干扰信号和噪声。流量信号中的干扰信号根据产生机理不同可分为3类,第一类是与电磁流量计的电磁感应原理有关的同相干扰、微分干扰等;第二类是和电化学作用有关的浆液噪声、极化干扰、流动噪声等;第三类是因外部电路而引起的工频干扰,可分为串模干扰、共模干扰两种。
不同励磁方式对流量计的功耗、精度、实时性等参数有着影响。励磁方式可分为采用交变磁场和采用恒定磁场2种基本形式,采用交变磁场包括正弦波励磁、低频矩形波励磁、三值矩形波励磁、双频矩形波励磁、三值梯形波励磁等方式,采用恒定磁场包括直流电源励磁和永磁铁励磁。
1.交变磁场励磁
最早应用在电磁流量计中的励磁方式是工频正弦波励磁,此种电磁流量计测量迅速,这种方式能有效消除电极表面的极化现象,降低电化学电势的影响和传感器内阻,但是由于频率高,会带来一系列电磁干扰如正交干扰、同相干扰等。矩形波励磁将直流励磁和交流励磁的优点结合起来,既具备交流励磁极化干扰小的特点，又具有直流励磁无正交干扰和同相干扰矩形波励磁方式采样时间窗口.长且稳定,可使流量计的零点稳定性得到提高。
矩形波励磁根据工作频率的高低分为低频矩形波励磁和高频矩形波励磁，低频励磁虽然具有零点稳定和有效降低电磁干扰的优势,但是会降低传感器的响应速度,不再适用于高速变化流体的测量。高频励磁具有响应速度快的优势,但存在电磁干扰问题导致测量精度的下降,其测量精度比不上低频励磁。随着工业生产生活中对流体测量实时性和测量精度的提高,单频的高频励磁和低频励磁已经不能满足人们的测量要求,于是国内外研究人员将目光投向了双频励磁。双频励磁电磁流量计结合低频矩形波励磁和高频矩形波励磁的优点。利用双频中低频抑制测量液体噪声、保持零点稳定性和高频激励响应速度快的特点在测量被测液体时取得了较好的效果和较快的响应速度。之后双频励磁技术得到快速发展,衍生了高压和脉冲宽度调制(PWM)调制低压励磁、时分双.频励磁、双频梯形波励磁等多种双频励磁形式。时分双频励磁方式不仅兼顾了高频低频的优点,还提高了流.量计的量程比。双频梯形波与矩形波相比,梯形波具有稳定部分,增加了信号的稳定性，可以有效消除差分干扰。与三角波相比,梯形波有上升沿和下降沿,提高了电压的利用率。虽然双频励磁兼具高频励磁响应速度快和低频励磁稳定性好的优点,但是双频励磁需要执行的算法相更为复杂，这就使得流量计功耗较大。
2.恒定磁场励磁
流量计采用恒定磁场励磁时,其优点是磁场强度恒定不变,比交变磁场励磁更容易实现,流量计结构也更加简化,受工频干扰的影响小。恒定磁场励磁技术遇到的最关键问题是电化学作用在测量电极上产生极化电压,由于电极输出的流量测量信号和电极极化电压均为直流信号,导致很难从测量信号中剔除极化电压干扰信号,甚至极化电压过大会掩盖测量信号产生的感应电动势。因此,恒定磁场励磁方式仅适用于内阻极小、导电率极高且不产生极化电压的特殊液态金属的流量测量中。
目前克服电极表面极化的方法可以分为:1)对极化噪声进行补偿。将非励磁时段极化噪声用来补偿励磁时段的极化噪声。2)低通滤波极化噪声并反馈补偿。采用阶低通滤波器剥离极化噪声,并进行反馈补偿。因为低通滤波器会使流量信号发生畸变,故此方法尚未应用于商业仪表。3)将极化电压控制在稳定值。这是一种避开极化电压原理的方法,代表方法有继电器电容反馈抑制极化。基于这种理念，利用动态反馈控制的方法应用在永磁体励磁的电磁流量计上。目前,这种方法是恒磁磁场励磁方法研究的热门领域。
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