电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除

使用与维修电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除高小朋杜鸿雁郑贵堂（河南省安阳钢铁集团公司焦化厂，安阳455004）摘 耍 根据电磁流鼠讣的测彊原理及励磁方式，分析了山励磁方式产生的乞种干扰问题，阐述了从根本上使用与维修对这些干扰信号进行抑制和消除的方法。 关键词 电磁流磧计: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 浆液的体积流帚。它主要由电磁流最变送器和转换 器两人部分组成。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,而且常常会比流暈信号还人。通 常,在液体的平均流速为lm/s时，变送器产生的流 量信号仅为lmV左右,在最大流量时一般也只有儿 mV,而干扰严巫时，其幅度可达儿十mVo这种情 况卜，电磁流最计根木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星计的一个关键技术 问题。1测量原理根据法拉笫电磁感应定律，当一导体在磁场中 运动血切割磁力线时，在导体两端便会产生感应电 动势。设在均匀磁场中，垂ft F磁场方向有一个fl 径为I）的管道。管道由不导磁材料制成，内表面加 绝缘衬电。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rr的 方向将产生感应电动势。如果在管道截而上垂nr 磁场的氏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 = BDo（1）由此可得管道的体积流量为：Q_ 呼 u（2）综合式（1）和式（2）得:E = = KQ（3）式屮：K称为仪表常数，在管道直径I）已确定并维 持磁感W强度“恒定时，K是一个常数。此时感应 电动势与体积流最具有线性关系。2励磁方式由电磁流量计的丄作原理可知，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，这就需要选择介适的励磁方式，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72万方数据计最技术2007.No 3也流励磁方式用直流电产生磁场或采用永久磁 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n 流电势，它将引起被测电解质液体电解，而在电极上 发生极化现彖，破坏了原来的测最条件，并且管道克 径较大时，永久磁铁势必也要很大，这样既笨雨乂不 经济。直流励磁方式只适用测最电导率很高而又 不能电解的液态金属的场合。（5）（6）2.2交流励磁丄业用电磁流量计，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 = B”sin（ o）t）（ 4）式中为磁极中心处的磁感应强度。电极上产生 的感应电势为：E = Bw/%sin（ st）被测液体的体积流量为：C二 讹4Bwsin（ u）t）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匸频 的1 /4-l/10o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。 从整个时间过程來看，方波信号又是一个交变的信 号，所以它能克服宜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，冃前在 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看各种励磁方式产 生的。苴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J：实际应用屮多采用交流励磁方式，因此 H面我们+：要阐述交流励磁F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暈信号相差90的 干扰。电磁流量变送器釆用交流励磁方式时，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A回路，正处此交 变磁场中，如图1所示。图中R入为转换器的输入 电阻。这个闭介冋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：I图I9（）。干扰信号的产生对丁交流励磁，” =Bwsin（ ），则有：et = B/）cocos（ u）t） 一 Basin（ u）t + 90）（8）比较式（5）与式（8）可知,测乱信号E与十扰信 号的频率相同，相位差90。因此，称勺为90干 扰，又称正交干扰。在电磁流量计屮，从变送器和转换器两部分釆 取措施，來消除或抑制90干扰。3.1.1从变送器部分采収描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，避免磁力线穿过闭介冋路，并 设有干扰调榕机构，以减少干扰信号匕。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冋路，当 有磁力线穿过此闭介回路，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/r/2o通过调零电位器，使两个回路中 产生的电流/、Q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，严雨影响仪表正常 工作。为此，在丄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。使用与维修使用与维修73计量技术/2（K）No 3使用与维修使用与维修位不同。由如图4所示的变送器内阻R,分别加在 电极A利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R”越大,造成的 同相干扰越强。一般来说，接地电阻不能大于100。 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。ra4地电流在接地电阻上产生同相干扰的答效电路& B图3 90干扰广1动补偿原理经丄放大器放大后的9()。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匚频干扰或共模干扰，是指在同 一瞬间岀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。当流暈为零时，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 而，将电极和励磁线圈在儿何形状、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、良好的接地是十分雨要的。地电流是同 相干扰产生的上要原因。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小可 以看出，接地线接地电阻IJ产生的电压降“通过变 送器而发生漏电时，地电流将使各个不同接地点电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 差动放大电路。这是利用差动放人电器的高共模抑 制比，使进入转换器输入端的同相干扰信号互相抵 消Ku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Z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-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，提高了测暈的准确度，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 乐爲谦.仪表维修工化学工业出版社,20052 冶金工业部工人视听教材编辑部热工测盘与自动调节.199174万方数据计试技术2007.No 3WANFAHODATA电磁流量计的干扰产生及其抑制和消除作者：高小刖,杜鸿雁,郑贵堂作者单位：河南省安蔽乘团公同焦化丿,安阳，455004刊名：计量技术1C|英文刊名：MEASUREMENT TECHNIQUE年，卷(期)：2007, (3)引用次数：0次1乐来谦仪表维修丁 20052. 冶金工业部工人视听教材编辑部热门則冷I 1丿胡1V 1991目似文献(10彳1. 期刊论文李长奇.张亚先孙剧刘守宁电计的电池供电励磯技术 浚字技术与屁用2009(8)本文介绍了 种电腿流说计，淤用电池供电励越的新技术包括铁芯铁芯线啊结枸、任功耗妙給议计及抗I扰技术这冲新技术拥冇电磁流St计高秸復 的待區而Rd M川人约HI十传统电ittitft计的“分Z了电出流计BHV功範人的第丿工辽介电池供电.njiihV用任没仃外按电源的現场坏境中.实购救撫也在文中一并绪出.2. 学位论文徐辰电磁流量计低频三值梯形波励磁方法的研究2005电隠渝城计更丽法拉第电磁他心疋律的連良式流城计.卜1勋 国内外厂言is采用任敘如形波炒jfel方大.此忡励檢方大克眼rftyfcfchttk产生的电极級 化效瓯以及匸减正兹谁励磁方式产牛的正交十扰影响，因此得列了广泛的应用但處曲干矩彤波励紙方式存金电半突变，使得励出线阍中的緞场強度变化 年dB/dt过甌引入償分|扰和同相Ht而且以匕两种I扰的幅值和也:連无关小漳iMHtllH此WB器辙出；的信噪比明显澤低，便得涼It计点*定竹乾和HFML梅形浪IMI力式，便御电平变化越F平8L可以9J1PI低|小徹分I扰利同HH扰的B且三值励踐丹式 川以通过零做的感应电动势动态补偿零点滦仪ill步炎為零X L -件和測量澀确氏 J山：的认i儿研制J丛J低WU徂梯形波坳峨方 式的电AKMft计样机.具体进行J以卜匸作：通过住鬪BI内外相关文龈详细介绍了电做漁量计的基本原理发JH历史及现状:研制了采用低频三值 梯形波作为励磁方式的琳i MSPiso H机的电tttt计样札丿呵根振试報爲 攻变凤憊波形.频率/八 ： (3)灯低旳1值梯形波励磁方貞进行了试绘比忆通过9低鶴二値炉彤波励概方成逬行对比试阶和:ffiW形波励磁方式的不屁励磁频张.不同斜边9平冷阶段励碱时何比例及勺羽计流笊实和 结果的比较分析,畝证了二値梯彤谀励給方式的优越性3. 期卩J论文 .罠红娉.YANYi. VU Hong-ping丛J：遗传算法的电磁流量il励磁频率优化杭州电了科技人学学 退2006, 26(3) 分析了励禺频半U河就十扰噪出及帔测流体洗速Z何的关系，描岀妙檢频半的合理设置能够降低测城谋忌为获得当洲拾KZiAht点的眉隹妙檢频料提 出了结介个体选斤新策略的遗传rr法在实渝标定时.采用该rr法完成电磁涼讹计在整个泣讹区间的励凰倾半优化.仿结果和实际检测数据衣明，该方法 乔效地提高了仪农的测htWJt4. 会议论文乔旭形.徐工军董蜂多电极电磁流量计励磁线圈的优化与设计2002采用nw/uiTw/nL任血情况下丽;同轴向匸焜线圈所产生的橄讪磁场的丫疔也汕 分析和匕乞捉岀了列别激励峨场tbw/ft的插治并给出对 h的线翩激妙方式.5. 学位论文王刚低频矩形波励碗电磁流量计设计2005电teiftlit汁丽种卜阖FJ側试仪衣任国内丽场堺K迅速.山十田內生产丿乘以进口黃琏零邢件(转换番)细钱为井 产怖关SE技术山闵外人公 J听以研宛开发国产电織流最计只冇重要童文论文分析了电雜流ttif .U I5艸硏制卄发过丹中在关徒技术41业化，解决的树ML在就基确捉出介理的解决力案同时实跌力*址终实現电tti/littil的汝汁 illMHABHI的设il分析了不刖种类的电ttMftit的优峡点 量终选择低頻矩形波励峨电Mbftlft计为研究重咸论文分为以VL部分:TiA.分析了国内外电峨渝肌 询现状。其次.分析J电计的T.作原理.时出按权鱼说数分布規律的传慫器.4：涼逢非中心轴对祢分布时.密应电势仅与W均流速丫疋比.而与漁迅分布无关的结论.从而从除 卉上解决电盛流诫计了荷秸陵测秋的树畧 第三.分析了电檢涼址计设计的主耍冷点足小信号测赧的问題.在实际测讹过程十中.冬应信号牖于做伏级划；不陽络 将易引入齐种m 本韋着畫分析了够“侑号则， 如 扰构成. m. H IIJ减量测问用分析的.潭入研充了设计 过丹中需豪解决n婕树曲如内m分析9测量8 Mm*的広丼：定個号m点与抑制共快I扰:snffir扰1八頻扰mm： Mftm号传输q艮犠 :也沈励场补偿：MSMft点的堆井尊彊终选择汁理的解决何IH的力法并形成设：址h；lUlKttil力案施施茨计.本章主耍介绍了产品设计的系统构或.同时鱼点制述r产品设计的关键部分町來竹.电磁履容件.仪农校准等儿力面的何頤 域终设计完成町以用于产业化制造的产品 论文在分析了电磁浣赧计尿科的堆础上.设计完成了低频矩彤波励鐵电殲漳於讣.为代他种类的电檢浣航计的研究奠定了甚础.设计完成的产品考世了町妹竹尊相关产业化所涉及的问題.设计产品JI冇实际应用价值6期刊论文徐衣.张宏建.周洪売胡赤鹰.克FISP430*片机的电磯流量计设计-工业控制计算机2005,18(6) 變出r处川FSjw*励峨方式的电越滅贵计设计.石疋7创ijxspi30Fii9单八机亿电底渝秋计卄机.认吩花町上;计川I川炯峨力id jmft 相对谋矩在-5别以内.小于矩形波b屈方式的7 06%,呵以减射分I扰捉崗测蚩准剣込文中対系统的软岐件设计作J详细的介绍.7.会议论文李E.王保吐黄，忐尧对电砂流量计中干扰间題的讨论2005本文冷简耍巫F电砂mr的儿冲励綁方式的乩础匕分析了低频知彤淡励磁技术中常见的十扰及其影時捉岀了相应的处珅描施，以保证电磁流城 计的枪定运行.8学位论文王俭电碗流最计低频正孩波励磁方法的研究2006电ttUMt计TF汕拉第电出感爪淀出的速丿讹城计电變泓址计的励凰力式很#也陽卅的优粮点 Hi冰 国内外厂家评逊采用低坝地彤波 励址方式但正弦渡励紙方式也有应用然向在止弦波励檢方式F电給感应产生的微分十扰(乂称为变压器效应).爆1扰幅值打倾半成止比.郴位比 滅林信号滞麻90沢而n实际中一股乂远远人干流肚信号所以如何克廉微分十扰电势的彩响是正兹波励峨技术的主耍畢热 现冇的正孩波励磁卜的抗干 拭扶术复杂H.并不吋靠.以保id流时 的零点秘定性和耐 这也d站1兹奶畫技术甩出流行列的廩因针对这一况.为縄髙正孩波励HtTM抗干扰技术,提髙仪表性* ”看采用了iHMWr号处卉方九 mUMUNM电极輸m W；郴乗.所魁乘枳的KM分比采用这样的处理段.4任何洸述卜(y “诫分锹与aw电财(号和桑后部会被什为交Mi去它将不再果. 就减小了做分I忧的彫响.：* sTM*计零点稳定性和xiftJkH度本文丛)以I：的认此 硏制煎低氏波的妙锻力式的电嚴流at计样机八体进行了以f ift-：通过件阅田内外相关文献.详细了解电计的基本版理.发展历史及现状的妹础卜捉出门I戒波励峨方式f的新盘的僧号处理力人：把什鬥2汁汕 ，上科方広任电路上得以实现.研制了采用低频正效波作为励緞方成的基丁MSP130单片机的电催流at计样机：(3)X低频il滋波励繼力式进试脸比较.通过低切：戌励繼方式的不血 /Azfnj的Ift时滾量和累计it量的対比研究并验证了底频正弦波妙娥方式的优通性.9. 期刊论文 谢仕宏.朱晓聪.姜丽波.XIE Shi-hong. ZHU Xiaoc化.JIANG Li-bo电磁流彊计的使用及电磁兼容性 分析-工业仪表与自动化装置2008(1) 绍利川面板及押能终46进行电磁滝骷1*数吧和组态的h h以&计的电緞叢客性技术.电ttXftil*的I：扰源上耍(4播顶电H： 扰.汛体电化学t扰喙山和电源扰咲声Hi电Mtht计主耍采用低频或戏荻业形波技术.同步采样技术.输入保护.按地技术弟來降低I扰.实 际应用茨明这些技术令较好的抗十扰效果.10. 期刊论文王亚峰一种改良的矩形波励磁式电磁流杲计-丁业计杲2006,16(5)介俗 种改R的他形波励礦式电磁濟肚朮巧妙地利用励峨线的伐间电乐竹为丽聲处用器的工作电爪,如此就不需璽引进通用电源的if按线路，町逆免 外部喙声的侵入，能够烏赫哎检测微小的iKiBtfuL捉岛了测議裕发和总定性,还降低了制什成木.本文链接：http:/d. g. vanfangdata. com. cn/Periodical_jl js200703023. aspx下载时间:2010年4月27日