智能電磁流量計抗干擾技術(shù)的研究
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針對工頻正弦波勵磁下的正交干擾噪聲，采用復(fù)雜的自動正交抑制系統(tǒng)減小正交干擾噪聲的影響，但由于正交干擾噪聲比流量信號電勢大幾個數(shù)量級正交抑制電子電路的任何不完善都將導(dǎo)致一部分正交干擾轉(zhuǎn)換成同相干擾，使工頻正弦波勵磁電磁流量計零點漂移，流量測量精度難以提高。
采用低頻矩形波勵磁、三值低頻矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁，正交干擾噪聲演變成為微分干擾。由于微分干擾具有時段時，利用同步采樣技術(shù)在磁場恒定期，即微分干擾衰減為零之后，采用寬脈沖同步采樣（ 工頻周期的偶數(shù)倍），以避免串入流量信號電勢中的工頻干擾的影響。其次采用控制勵磁電流（勵磁磁通）變化率的方法減小微分干擾的幅值，但減小流量信號采樣的時間間隔；也可以采用程控增益技術(shù)使微分干擾時段增益為Odb，而恒磁通時段增益為100db，以減小微分干擾的幅值的影響。
對于工頻共模干擾和工頻串模干擾是常見的干擾，主要是由于電磁屏蔽缺陷、分布電容耦合、電磁流量計接地不良等原因產(chǎn)生，采用輸入保護(hù)技術(shù)、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術(shù)以及重復(fù)接地技術(shù)，工頻寬脈沖同步采樣技術(shù)等提高抗工頻干擾的能力。
2 流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲
電化學(xué)極化電勢干擾是由于電極感生電動勢在兩極極性不同而導(dǎo)致電解質(zhì)在電極表面極化產(chǎn)生。雖然采用正負(fù)交變勵磁磁場能顯著減弱極化電勢的數(shù)量級，但不能根本上完全消除極化電勢干擾。其特性于流體介質(zhì)的性質(zhì)、電極材料性質(zhì)、電極的外形尺寸形狀有關(guān)，具有變化緩慢，數(shù)量級不大等特點，如圖2所示流體電化學(xué)電勢干擾及其解決方法。因此選擇合適的電極材料（如碳化鎢），設(shè)計最佳的電極形狀的尺寸是減小極化電勢的有效方法之一；另外采用正負(fù)兩極性交變的矩形波勵磁技術(shù)配合微處理器同步寬脈沖采樣技術(shù)，到用微處理器運算功能前后兩次采樣值相減消除流量信號電勢中的極化電勢干擾。
圖2 流體電化學(xué)級化電勢干擾及其處理方法
流體流動噪聲是在測量低導(dǎo)率液體（100vs/cm以下）流體流量時，電極的電化學(xué)電勢定期波動，產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲，具有類似泥漿干擾的1/f頻譜特性，因此提高勵磁頻率有助于降低流體流動噪聲的數(shù)量級，以提高電磁流量傳感器測量低導(dǎo)電率流體流量的信噪比。
圖3 泥漿干擾電勢波形和頻譜特性
電磁流量計一般都采用工頻交流電源供電，其電源電壓的幅值和頻率的變化都會給電磁流量計帶來電源性干擾噪聲。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩(wěn)壓，一般而言電源電壓的幅值變化對電磁流量的測量精度影響不大。當(dāng)電源電壓的頻率波動時，雖然其波動范圍有限，但對電磁流量計測量精度影響較大。在智能矩形波勵磁電磁流量計中采用寬脈沖采樣技術(shù)，其脈沖寬度為工頻周期的整數(shù)倍，具同步于工頻周期，以完全消除工頻干擾，但前提條件是工頻噪聲干擾基本不變。當(dāng)供電電源頻率波動時，流量信號采樣時使前后的工頻噪聲不能完全相同，雖然采用同步勵磁技術(shù)、同步采樣技術(shù)仍然不能完全消除工頻干擾噪聲，必須采用相應(yīng)的頻率補(bǔ)償技術(shù)，使勵磁電流、采樣脈沖，A/D 轉(zhuǎn)換同步于頻率的變化。
四、智能電磁流量計硬件抗干擾技術(shù)
綜合上述電磁流量計干擾噪聲產(chǎn)生的物理和特性分析，智能電磁流量計分別采用硬件和軟件干擾技術(shù)，以提高電磁流量計抗干擾能力。
1 新型勵磁技術(shù)是提高電磁流量計抗干擾能力的重要手段
電磁流量計勵磁技術(shù)的發(fā)展，不僅減弱電極極化電勢、泥漿干擾、流動噪聲的影響，又能改變工頻干擾的形態(tài)，便于同步采樣技術(shù)處理工頻干擾噪聲，以避免工頻干擾的影響。目前電磁流量傳感器采用工頻頻率同步三值低頻矩形勵磁和雙頻矩形波勵磁，從而提高電磁流量計整個抗干擾能力，提高電磁流量計的測量精度和可靠性。
2 前置放大器的設(shè)計是提高抗干擾能力的首要環(huán)節(jié)
電磁流量傳感器輸出流信號十分微弱，內(nèi)阻抗較高，因此高輸出入阻抗、低漂移、低噪聲、高CRMM前置放大器才能滿足抗同相共模干擾的要求。前置放大器采用JFET高輸入阻抗電壓緩沖器，低漂移低噪聲減法器，精密電阻精心匹配組成儀用放大器，并采用輸入保護(hù)技術(shù)，共模電壓自舉技術(shù)和接地技術(shù)大大提高抗共模干擾的能力，抑制零點漂移的影響。
3 同步采樣的頻度補(bǔ)償技術(shù)
同步采樣和工頻電源頻率監(jiān)視補(bǔ)償技術(shù)，是提高抗流量信號電勢中混入工頻干擾和工頻電源頻率波動產(chǎn)生工頻干擾能力的有效方法。同步采樣技術(shù)，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；工頻電源的頻率波動補(bǔ)償是保證頻率的動態(tài)波動中，勵磁電源和采樣脈沖得以同步調(diào)整，真正實現(xiàn)同步采樣技術(shù)和同步勵磁技術(shù)，同步A/D轉(zhuǎn)換，以降低工頻干擾的影響。
4 采用新型HCMOS系列芯片技術(shù)
采用74HC系列芯片技術(shù)較采用74LS系列芯片其低噪聲容限提高2.4倍，高燥聲容限提高2.1倍，智能電磁流量計整個硬件采用74HC系列芯片，不僅降低整個功耗，而且提高元器件本身抗干擾能力，為電源流量計小型輕量一體化奠定了基礎(chǔ)。
5 微處理器系統(tǒng)電源電壓監(jiān)視技術(shù)
智能電磁流量計中微處理器系統(tǒng)當(dāng)電源瞬態(tài)欠壓，勵磁開關(guān)脈沖動作都會造成微處理器誤動作，數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象，因此必須采用可靠的復(fù)位電路和電源電壓監(jiān)視技術(shù)。最簡單實用的方法是采用低成本電源配合高靈敏度的電源電壓監(jiān)視器，提高微處理器系統(tǒng)和抗干擾能力。如圖4所示微處理器電壓監(jiān)視器，其采用TL7705CP電源電壓監(jiān)視器芯片，具有電源加電、電源瞬時欠壓均能產(chǎn)生可靠的復(fù)位信號。
五、智能電磁流量計軟件抗干擾技術(shù)
智能電磁流量計固化在EPROM中的軟件配合硬件除完成智能電磁流量計的正常功能外，必須具備較強(qiáng)的抗干擾能力和容錯能力，組成完善的應(yīng)用程序。
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