电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除
摘.. 要.. 根据电磁流量计的测量原理及励磁方式, 分析了由励磁方式产生的各种干扰问题, 阐述了从根本上对这些干扰信号进行抑制和消除的方法。
关键词.. 电磁流量计; 励磁; 干扰
0 .. 引言
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种常用仪表, 用于测量封闭管道中导电性液体和浆液的体积流量。它主要由电磁流量变送器和转换器两大部分组成。在电磁流量变送器中, 产生磁场的方式可有多种, 不同的励磁方式会产生不同的干扰信号, 这些干扰信号与有用的流量信号混杂在一起, 不仅成分复杂, 而且常常会比流量信号还大。通常, 在液体的平均流速为1m/ s 时, 变送器产生的流量信号仅为1mv 左右, 在流量时一般也只有几mv, 而干扰严重时, 其幅度可达几十mv。这种情况下, 电磁流量计根本无法进行正确的测量。因此, 怎样采取措施抑制和消除这些干扰信号, 提高信噪比, 就成了研制和使用电磁流量计的一个关键技术问题。
1 .. 测量原理根据法拉第电磁感应定律, 当一导体在磁场中运动而切割磁力线时, 在导体两端便会产生感应电动势。设在均匀磁场中, 垂直于磁场方向有一个直径为d 的管道。管道由不导磁材料制成, 内表面加绝缘衬里。当导电的液体在管道中流动时, 导电液体就切割磁力线, 因而在和磁场及流动方向垂直的方向将产生感应电动势。如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极, 可以证明, 只要管道内流速v 为轴对称分布, 两极之间就会产生感应电动势: e = bdv ( 1) 由此可得管道的体积流量为: q = ..d 2 4 v ( 2) 综合式( 1) 和式( 2) 得: e = 4b ..d q= k q ( 3) 式中: k 称为仪表常数, 在管道直径d 已确定并维持磁感应强度b 恒定时, k 是一个常数。此时感应电动势与体积流量具有线性关系。
2 .. 励磁方式
由电磁流量计的工作原理可知, 为使式( 3) 成立, 个必须满足的条件就是要有一个均匀恒定的磁场, 才能保证感应电动势e 与体积流量q 具有线性关系, 这就需要选择合适的励磁方式, 也就是产生磁场的方式。一般有3 种励磁方式可供选择, 即直流励磁、交流励磁、低频方波励磁。我们现场所用的电磁流量计多采用低频方波励磁。
2..1 .. 直流励磁
直流励磁方式用直流电产生磁场或采用磁铁, 结构比较简单, 它能产生一个恒定的均匀磁场。但是, 采用直流磁场, 电极上产生的感应电动势是直流电势, 它将引起被测电解质液体电解, 而在电极上发生极化现象, 破坏了原来的测量条件, 并且管道直径较大时, 磁铁势必也要很大, 这样既笨重又不经济。直流励磁方式只适用于测量电导率很高而又不能电解的液态金属的场合。.. 使用与维修..
2..2 .. 交流励磁
工业用电磁流量计, 大都采用工频电源交流励磁方式, 通过励磁线圈产生交变磁场。交流磁场的磁感应强度可表示为: b = bmsin( ..t ) ( 4) 式中: b m为磁极中心处的磁感应强度。电极上产生的感应电势为: e= b mdv sin( ..t ) ( 5) 被测液体的体积流量为: q= ..de 4bmsin( ..t ) ( 6)
2..3 .. 低频方波励磁
低频方波励磁方式的励磁电流频率通常为工频的1/ 4~ 1/ 10。在半个周期内, 磁场是恒稳的直流磁场, 它有直流励磁的特点, 受电磁干扰影响很小。从整个时间过程来看, 方波信号又是一个交变的信号, 所以它能克服直流励磁易产生的极化现象。因此, 低频方波励磁是一种比较好的励磁方式, 目前在电磁流量计上广泛应用。
3 .. 干扰的抑制和消除
电磁流量计的干扰问题是随着各种励磁方式产生的。直流励磁方式易产生极化干扰, 交流励磁方式易产生正交干扰( 90..干扰) 、同相干扰( 即工频干扰) 等。由于实际应用中多采用交流励磁方式, 因此下面我们主要阐述交流励磁下的干扰问题及其抑制和消除。
3..1 .. 正交干扰及其抑制或排除方法
正交干扰是指在相位上与流量信号相差90..的干扰。电磁流量变送器采用交流励磁方式时, 要产生一个交变的磁场, 而由电极、引出线、被测介质和转换器的输入电路所组成的闭合回路, 正处于此交变磁场中, 如图1 所示。图中r入为转换器的输入电阻。这个闭合回路不可能与变送器的交变磁场产生的磁力线*平行, 总会有一部分交变的磁力线穿过该闭合回路, 从而在回路内产生一个干扰电动势, 其大小为: 图1 .. 90..干扰信号的产生et = - db d t ( 7) 对于交流励磁, b= b msin( ..t ) , 则有: et= - bm ..cos( ..t ) = - bm ..sin( ..t+ 90..) ( 8) 比较式( 5) 与式( 8) 可知, 测量信号e 与干扰信号et的频率相同, 相位差90..。因此, 称et 为90..干扰, 又称正交干扰。在电磁流量计中, 从变送器和转换器两部分采取措施, 来消除或抑制90..干扰。
3..1..1 .. 从变送器部分采取措施
在变送器的结构上, 注意使闭合回路的平面保持与交变磁力线平行, 避免磁力线穿过闭合回路, 并设有干扰调整机构, 以减少干扰信号et 。另外, 在变送器上设置调零电位器。如图2 所示。从一根电极上引出二根导线, 并分别绕过磁极形成两个回路, 当有磁力线穿过此闭合回路, 必然在两个回路内产生方向相反的感应电势, 因此, 在两个回路中有相反方向的电流i 1、i2。通过调零电位器, 使两个回路中产生的电流i 1、i2在r 入上产生的电势相互抵消, 以减少90..干扰信号。3..1..2 .. 从转换器部分采取措施对于正交干扰, 除了变送器的干扰调整机构调零以外, 转换器中也要设置抗干扰机构, 以消除变送器中剩余的正交干扰信号。否则, 这些剩余的正交干扰信号同样会被放大器放大, 严重影响仪表正常工作。为此, 在主放大器的输出端设置抑制和补偿90..干扰的机构, 如图3 所示。
图2 .. 调零电位器示意图图3 .. 90..干扰自动补偿原理经主放大器放大后的90..干扰信号, 被鉴别和分离出来, 然后再反馈到主放大器的输入端, 以抵消输入端进来的90..干扰信号。
3..2 .. 同相干扰及其抑制方法
同相干扰也称工频干扰或共模干扰, 是指在同一瞬间出现在变送器的两个电极上, 并且幅值和相位都相同的干扰信号。当流量为零时, 即被测液体静止不动时, 所测得的同相信号就是同相干扰信号。对于同相干扰, 抑制的方法较多。在变送器方面, 将电极和励磁线圈在几何形状、尺寸以及性能参数上做得均衡对称, 并分别严格屏蔽, 以减少电极与励磁线圈之间的分布电容影响。
3..3 .. 其他应注意的问题
单独、良好的接地是十分重要的。地电流是同相干扰产生的主要原因。如果变送器附近存在大功率的电器设备, 特别是从绝缘不好的等效电路中可以看出, 接地线接地电阻rn 产生的电压降en 通过变送器而发生漏电时, 地电流将使各个不同接地点电位不同。由如图4 所示的变送器内阻ri 分别加在电极a 和b 上, 其相位相同, 幅值相等, 这就形成同相干扰。变送器接地线的接地电阻rn 越大, 造成的同相干扰越强。一般来说, 接地电阻不能大于10.. 。如果不能保证变送器外壳与金属管道良好接触, 就用金属导线将它们连接起来, 再可靠接地。图4.. 地电流在接地电阻上产生同相干扰的等效电路为了减少地电流造成的同相干扰, 在安装接地线时, 要把变送器两端的管道法兰盘与转换器的外壳都接在同一点上, 而且不能与动力设备公共地线有公共接地点, 以减少同相干扰, 但不能*消除同相干扰。因此, 通常还在转换器的前置放大级采用差动放大电路。这是利用差动放大电器的高共模抑制比, 使进入转换器输入端的同相干扰信号互相抵消而被抑制。如果在转换器的前置差动放大级中增加恒流源电路, 则能更好地抑制同相干扰。同时, 为了避免干扰信号, 变送器和转换器之间的信号必须用屏蔽导线传输。不允许把信号电缆和电源线放在同一电缆钢管内, 且信号电缆长度一般不得超过30m。
4 .. 结束语
通过对电磁流量计实行这一系列的抗干扰措施, 大大抑制和消除了干扰信号对有用的流量信号的影响, 提高了测量的准确度, 减少了故障率, 具有很好的实际应用效果和推广价值。
参考文献[ 1] 乐嘉谦. 仪表维修工.. 化学工业出版社, 2005 [ 2] 冶金工业部工人视听教材编辑部.. 热工测量与自动调节, 1991 .. 使用与维修..--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：