电磁流量计干扰产生原因及处理-技术文章

    电磁流量计是指根据法拉第电磁感应定律，用来测量导电性液体体积流量的仪表。它可在层流、紊流、脉动流量以及产生流线振动等情况下对流体进行流量测量。由于其流量管光滑，压力损失小，测量范围宽，准确度高，反应灵敏，能获得与流量成比例的信号， 由于液体中所感应出的电势数值很小，所以要引入高放大倍数的放大器，然而这样就使得电磁流量计特别容易受外界电磁场的干扰，即使很微弱的信号在经过高倍放大后，对结果的影响也是巨大的，这样势必会大大地影响仪表的准确度，对控制系统的稳定性、可靠性也构成很大的隐患。

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：
Q=πD*D/4y （2）
综合式（1）和式（2）得：
E=4BQ/πd=KQ （3）
式中：

     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，通过对电磁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。

励磁方式
       由电磁流量计的工作原理可知，为使式（3）成立，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。

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。根据一般电磁流量计系统的特点，主要从硬件优化方面讨论如电磁耦合、静电感应是电磁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。

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，严重影响仪表正常工作。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。

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。

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：
et=-dB/dt （4）
对于交流励磁，B=Bmsin（ωt）则有：
Et=-Bmωcos（ω）t=-Bmωsin（ωt+90°） （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。在电磁流量计中，从变送器和转换器两部分采取措施，来消除或抑制 90°干扰。

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。