電磁流量計干擾產生原因及處理-技術文章

    電磁流量計是指根據法拉第電磁感應定律，用來測量導電性液體體積流量的儀表。它可在層流、紊流、脈動流量以及產生流線振動等情況下對流體進行流量測量。由于其流量管光滑，壓力損失小，測量范圍寬，準確度高，反應靈敏，能獲得與流量成比例的信號， 由于液體中所感應出的電勢數值很小，所以要引入高放大倍數的放大器，然而這樣就使得電磁流量計特別容易受外界電磁場的干擾，即使很微弱的信號在經過高倍放大后，對結果的影響也是巨大的，這樣勢必會大大地影響儀表的準確度，對控制系統的穩定性、可靠性也構成很大的隱患。

測量原理
       根據法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動而切割磁力線時，在導體兩端便會產生感應電動勢。設在均勻磁場中，垂直于磁場方向有一個直徑為 D的管道。管道由不導磁材料制成，內表面加絕緣襯里。當導電的液體在管道中流動時，導電液體就切割磁力線，因而在和磁場及流動方向垂直的方向將產生感應電動勢。如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極，可以證明，只要管道內流速 v為軸對稱分布，兩級之間就會產生感應電動勢：
E=BDv （1）
由此可得管道的體積流量為：
Q=πD*D/4y （2）
綜合式（1）和式（2）得：
E=4BQ/πd=KQ （3）
式中：

     在使用中要注意維護，防止電極與管道間絕緣的破壞，安裝時要遠離一切磁源（例如大功率電機、變壓器等），不能有振動。單獨、良好的接地也是十分重要的。接地線應盡量加粗，地電流是同相干擾產生的主要原因。如果變送器附近存在大功率的電器設備，特別是從絕緣不好的等效電路中可以看出，接地線接地電阻 Rn產生的電壓降 en通過變送器而發生漏電時，地電流將使各個不同接地點電。
    分析系統的電磁干擾原因，通過對電磁流量計實行一系列的抗干擾措施，大大抑制和消除了干擾信號對有用的流量信號的影響，提高了測量的準確度，減少了故障率。

勵磁方式
       由電磁流量計的工作原理可知，為使式（3）成立，一個必須滿足的條件就是要有一個均勻恒定的磁場，才能保證感應電動勢 E與體積流量 Q具有線性關系，這就需要選擇合適的勵磁方式，也就是產生磁場的方式，一般有三種勵磁方式可供選擇，即直流勵磁、交流勵磁、低頻方波勵磁。

干擾的抑制和消除
       由于本系統需在劣勢的現場環境中使用，對抗干擾性和可靠性具有較高的要求，因此在系統開發和設計過程中，將提高系統抗干擾性和可靠性作為一項重要的內容。根據一般電磁流量計系統的特點，主要從硬件優化方面討論如電磁耦合、靜電感應是電磁流量計產生干擾噪聲的重要來源。在電磁流量變速器中，由于兩電極的引線處于交變磁場中，當變速器通電后，在引線的閉合回路內就產生出感應電動勢。這種干擾信號疊加到測量信號中，影響了系統的運行。各種勵磁方式產生會帶來不同的電磁干擾問題。直流勵磁方式易產生極化干擾，交流勵磁方式易產生正交干擾（90度干擾）、同相干擾（即工頻干擾）等。由于實際應用中多采用交流勵磁方式，因此以下主要闡述交流勵磁下的干擾問題及抑制。

從轉換器部分采取措施
        對于正交干擾，除了變送器的干擾調整機構調零以外，轉換器中也要設置抗干擾機構，以消除變送器中剩余的正交干擾信號。否則，這些剩余的正交干擾信號同樣會被放大器放大，嚴重影響儀表正常工作。為此，在主放大器的輸出端設置抑制抑制和補償 90°干擾的機構，經主放大器放大后的 90°干擾信號，被鑒別和分離出來，然后再反饋到主放大器的輸入端，以抵消輸入端進來的 90°干擾信號。

從變頻器部分采取措施
        在變送器的結構上，注意使閉合回路的平面保持與交變磁力線平行，避免磁力線穿過閉合回路，并設有干擾調整機構，以減少干擾信號 et。另外，在變送器上設置調零電位器。從一般電極引出二根導線，并分別繞過磁極形成兩個回路，當有磁力線穿過此閉合回路，必然在兩個回路內產生方向相反的感應電勢。因此，在兩個回路中有相反方向的電流 I1、I2。通過調整電位器，使兩個回路中產生的電流 I1、I2在轉換器的輸入電阻上產生的電勢相互抵消，減少 90°干擾信號。

正交干擾及其抑制或消除方法
        正交干擾是指在相位上與流量信號相差 90度的干擾。電磁流量變送器采用交流勵磁方式時，要產生一個交變的磁場，而由電極、引出線、被測介質和轉換器的輸入電路所組成的閉合回路，正處于干擾交變磁場中、閉合回路不可能與變送器的交變磁場產生的磁力線完全平行，總會有一部分交變的磁力線穿過該閉合回路，從而在回路內產生一個干擾電動勢，其大小為：
et=-dB/dt （4）
對于交流勵磁，B=Bmsin（ωt）則有：
Et=-Bmωcos（ω）t=-Bmωsin（ωt+90°） （5）
比較可知，測量信號 E與干擾信號 et的頻率相同，相位差 90°。因此稱 et為 90°干擾，又稱正交干擾。在電磁流量計中，從變送器和轉換器兩部分采取措施，來消除或抑制 90°干擾。

同相干擾及其抑制方法
        同相干擾工頻干擾或共模干擾，是指在同一瞬間出現在變送器的兩個電極上，并且幅值和相位都相同的干擾信號。當流量為零時，即被測液體靜止不動時，所測得的同相信號就是同相干擾信號。對于同相干擾，抑制的方法較多。在變送器方面，將電極和勵磁線圈在幾何形狀、尺寸以及性能參數上做得均衡對稱，并分別嚴格屏蔽，以減少電極與勵磁線圈之間的分布電容影響。

    為了減少地電流造成的同相干擾，在安裝接地線時，要把變送器兩端的管道法蘭盤與轉換器的外殼都接在同一點上，以減少同相干擾，但不能完全消除同相干擾。因此，通常還在轉換器的前置放大級采用增加了恒流源的差動放大電路，利用差動放大器的高共模抑制比，使進入轉換器輸入端的同相干擾信號互相抵消而被抑制，可以達到很好的效果。同時，為了避免干擾信號，變送器和轉換器之間的信號必須用屏蔽導線傳輸。