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污水流量计的电磁干扰产生及其对策

返回列表 来源:金湖北京28自动化北京28厂 发布日期:2018-03-01
污水流量计测量原理:  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,两级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:
      (2)
    综合式(1)和式(2)得:
      (3)
    式中:
    K为北京28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
    由污水流量计的工作原理可知,为使式(3)成立,第一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,一般有三种励磁方式可供选择,即直流励磁、交流励磁、低频方波励磁。
    3 干扰的抑制和消除
    由于本系统需在劣势的现场环境中使用,对抗干扰性和可靠性具有较高的要求,因此在系统开发和设计过程中,将提高系统抗干扰性和可靠性作为一项重要的内容。根据一般污水流量计系统的特点,主要从硬件优化方面讨论如电磁耦合、静电感应是污水流量计产生干扰噪声的重要来源。在电磁流量变速器中,由于两电极的引线处于交变磁场中,当变速器通电后,在引线的闭合回路内就产生出感应电动势。这种干扰信号叠加到测量信号中,影响了系统的运行。各种励磁方式产生会带来不同的电磁干扰问题。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度干扰)、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,因此以下主要阐述交流励磁下的干扰问题及抑制。
    3.1 正交干扰及其抑制或消除方法
    正交干扰是指在相位上与流量信号相差90度的干扰。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,正处于干扰交变磁场中、闭合回路不可能与变送器的交变磁场产生的磁力线完全平行,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:
      (4)
    对于交流励磁,B=Bmsin(ωt)则有:
      (5)  比较可知,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。在污水流量计中,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 从变频器部分采取措施
    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。从一般电极引出二根导线,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I1、I2。通过调整电位器,使两个回路中产生的电流I1、I2在转换器的输入电阻上产生的电势相互抵消,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,严重影响北京28正常工作。为此,在主放大器的输出端设置抑制抑制和补偿90°干扰的机构,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。
    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,以减少同相干扰,但不能完全消除同相干扰。因此,通常还在转换器的前置放大级采用增加了恒流源的差动放大电路,利用差动放大器的高共模抑制比,使进入转换器输入端的同相干扰信号互相抵消而被抑制,可以达到很好的效果。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。
    3.3 其他应注意的问题
    在使用中要注意维护,防止电极与管道间绝缘的破坏,安装时要远离一切磁源(例如大功率电机、变压器等),不能有振动。单独、良好的接地也是十分重要的。接地线应尽量加粗,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。
    分析系统的电磁干扰原因,通过对污水流量计实行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。

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