| 一 概 述 電磁流量計的發(fā)展和應用與其抗干擾技術的發(fā)展進步密切相關，特別是近幾十年來采用三直低頻矩形波動勵磁技術和雙頻矩形波勵磁技術，以及微處理器硬件和軟件技術明顯地提高了電磁流量計抗干擾能力和測量精度，擴大了電磁流量計的應用領域，改變了人們長期認為電磁流量計測量精度低，抗干擾能力差的概念。 電磁流量計是基于導電性流體在磁場中運動所產(chǎn)生的感應電勢來推算流體流量的測量儀表，其基本工作原理是電磁感應定律。因此電磁耦合靜電感應是電磁流量計干擾噪聲的首要來源；被測流體介質特性產(chǎn)生的電化學干擾噪聲是電磁流量計干擾燥聲的第二來源；電磁流量計供電電源的電壓和頻率波動等電源干擾噪聲是電磁流量計干擾噪聲的第三來源。以上三類干擾噪聲的來源、機理、特性不同。對電磁流量計的影響方式不同，相應采用的抗干擾措施也不同。作者結合雙頻矩形波勵磁智能電磁流量計的研究工作，著重就智能電磁流量計抗干擾技術加以探討，提出一些抗干擾的對策，以供智能儀器研究設計參考。 二 電磁流量計抗干擾技術的發(fā)展歷史 電磁流量計的發(fā)展歷史就是其抗干擾技術的發(fā)展歷史。早在1832年，英國物理學家法拉第構想地球磁場來測量泰晤土河水的流速，并進行了現(xiàn)場實驗，但未能獲得成功。主要原因是在直流勵磁磁場下存在流體介質的極化效應和熱電效應而產(chǎn)生干擾噪聲淹沒了流量信號電勢。河床短路了流速信號電勢，加之當時的流量技術遠遠沒有達到解決各種干擾噪聲的抑制和高阻抗信號測量的水平，因此導致首次電磁流量計實驗研究的失敗。誠然，從電磁流量計研究伊始就面臨如何克服各種干擾噪聲的棘手難題，正因如此，在以后的電磁流量計研究過程中，人們都將其抗干擾技術列為首要的技術問題。 電磁流量計勵磁技術的發(fā)展極大地推動其抗干擾技術的進步。50年代末電磁流量計首次工業(yè)應用開始，電磁流量計抗干擾技術的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段，每一次進步都是為了解決其抗干擾能力的問題，促使電磁流量計抗干擾技術出現(xiàn)一次飛躍，電磁流量計的性能指標提高。50年代末六十年代初，為了減弱直流勵磁磁場下電極表面的嚴重極化電勢的影響，采用了工頻正弦波勵磁技術，但導致了電磁感應、靜電耦合等工頻干擾，致使采用復雜的正交干擾抑制電路等多種抗干擾措施，難以完全消除工頻干擾噪聲的影響，導致電磁流量計零點難以穩(wěn)定、測量精度低、可靠性差。70年代中期，隨著電子技術的發(fā)展和同步采樣技術的問世，采用低頻矩形波勵磁技術，改變工頻干擾的形態(tài)特征，利用工頻同步采樣技術，獲得電磁流量計較好的抗工頻干擾的能力，測量精度提高、零點穩(wěn)定、可靠性增強。80年代初采用三值低頻矩形波勵磁技術和動態(tài)校零技術、同步勵磁、同步采樣技術以獲得電磁流量計最佳的零點穩(wěn)定性，進一步提高抗工頻干擾和極化電勢干擾的能力。80年代末采用雙頻矩形波勵磁技術，既能克服流體介質產(chǎn)生的泥漿干擾和流體流動噪聲，又能具有低頻矩形波勵磁電磁流量計的零點穩(wěn)壓性，實現(xiàn)電磁流量計零點穩(wěn)定性、抗干擾能力和響應速度的最佳統(tǒng)一。因此電磁流量計勵磁技術的進步，一方面改變正交干擾電勢的形態(tài)和特征，另一方面降低泥漿干擾和流動噪聲的數(shù)量級，從而提高電磁流量計抗干擾能力，所以電磁流量計勵磁技術的改進是最有效的抗干擾措施。 三 電磁流量計干擾噪聲的物理機理、特性及其對策
為了對電磁流量計抗干擾技術加以探討，首先必須對電磁流量計干擾噪聲產(chǎn)生的物理機理和特性加以分析研究，從而根據(jù)各種干擾噪聲的特性采用相應的抗干擾對策，以提高電磁流量計抗干擾的能力。 1 工頻干擾噪聲 工頻干擾噪聲是由電磁流量傳感器勵磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合，另外電磁流量計工作現(xiàn)場的工頻共模干擾，其三供電電源引入的工頻串模干擾等，其產(chǎn)生的物理機理均是電磁感應原理。首先就電磁流量傳感器勵磁繞組和流體、電極、放大器輸入回路的電磁耦合產(chǎn)生的工頻干擾對電磁流量計工作影響最大，而且在不同的勵磁技術下其表現(xiàn)的形態(tài)、特性不同，因而采取抗干擾措施也不同，如圖1所示在各種勵磁技術  下此工頻干擾噪聲的特性。在工頻正弦波勵磁磁場下，此種電磁耦合工頻干擾噪聲表現(xiàn)形式為正交干擾（見圖1b），又稱為變壓器電勢，其特點是干擾噪聲幅值和工頻正弦波勵磁頻率成正比，相位滯后流量信號電勢900，且幅值較流量信號電勢大幾個數(shù)量級。在低頻矩形波勵磁，三值低頻矩形波勵磁和雙頻矩形波勵磁條件，此種電磁偶合工頻干擾噪聲表現(xiàn)形式為微分干擾（見圖1c），其波形為脈沖波形，其中幅值和磁通變化率成正比，且按指數(shù)規(guī)律衰減，一般而言其幅值比正弦波勵磁條件下的正交干擾大得多，另外此微分干擾僅在勵磁磁通變化時產(chǎn)生，而在磁通恒定時，下一個磁通發(fā)生變化之前不會產(chǎn)生微分干擾，具有時段性。 針對工頻正弦波勵磁下的正交干擾噪聲，采用復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致一部分正交干擾轉換成同相干擾，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，采用輸入保護技術、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術以及重復接地技術，工頻寬脈沖同步采樣技術等提高抗工頻干擾的能力。 2 流體介質特性產(chǎn)生的電化學干擾噪聲 電化學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致電解質在電極表面極化產(chǎn)生。雖然采用正負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。其特性于流體介質的性質、電極材料性質、電極的外形尺寸形狀有關，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；另外采用正負兩極性交變的矩形波勵磁技術配合微處理器同步寬脈沖采樣技術，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。  泥漿干擾是在測量泥漿、纖維漿等液固兩相導電性流體流量時，固體顆?；蛘邭馀莶吝^電極表面時，電極表面的接觸電化學電勢突然變化，電磁流量傳感器輸出信號出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲如圖3所示。在勵磁頻率較低時，泥漿干擾的數(shù)量級較大，高頻時干擾數(shù)量級較小，具有1/f的頻譜特性。提高抗泥漿干擾的能力必須采用較高頻率的矩形波勵磁，以提高電磁流量傳感器輸出的信噪比，但會犧牲電磁流量計的零點穩(wěn)定性。另外也可采用流量信號變化率限制方法以剔除脈沖干擾對電磁流量計的影響，但會犧牲儀表的響應速度。 流體流動噪聲是在測量低導率液體（100vs/cm以下）流體流量時，電極的電化學電勢定期波動，產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機干擾噪聲，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電率流體流量的信噪比。  3 供電電源性干擾 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，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、同步采樣技術仍然不能完全消除工頻干擾噪聲，必須采用相應的頻率補償技術，使勵磁電流、采樣脈沖，A/D轉換同步于頻率的變化。 四 智能電磁流量計硬件抗干擾技術 五 智能電磁流量計軟件抗干擾技術 六 結 束 語 |
