电磁流量计中的干扰和抑制
仪器网 · 2012-07-14 23:38 · 45317 次点击
目前使用的电磁流量计,都采用50Hz电源直接供电,最后输出一个和流量成正比的电流信号(0-10mA或4-2OmA)。
电磁流量变送器产生的流量信号为mV级交流信号,通常设定流体平均速度为1m/s,流量信号为1mV或0.5mV。实际测量中取得的电级信号除流量信号外还混杂着同相、正交和共模等干扰信号,特别是交流励磁时干扰电压的幅值较高,可达数十mV或更大,势必严重影响测量。因此,抑制和消除干扰历来是电磁流量的关键。
1.正交干扰信号及抑制
所谓正交干扰信号是指其相位和被侧流量信号相差90度,且不随流量变化,造成这种干扰信号主要有两个原因。
一是在电极引线、放在输人阻抗和被测介质构成的输人回路中,由于交变电磁场的作用,产生一个附加的感应电势,该电势和流体的平均流速无关,并且和流量信号电势相位成90度.
由式中可知感应电势E和正弦磁场B是同相位的,而由于正弦交变磁场与输人回路交链产生的附加干扰电势en为
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除上述原因外,产生正交干扰的另一个原因是交变磁通在被测导电流体中产生涡流。如果磁场在电极两侧产生的涡流不对称,那么两电极之间也会产生附加的正交干扰电势差。消除正交干扰的方法很多,目前主要采用的方法,一个是利用信号引出线路自动补偿,另一个是在主放级中对于90度干扰信号进行深度负反馈,而后采用相敏电路,使正交干扰大大削弱.通常是同时采取这两种措施。
关于信号引线自动消除的方法如图4-28所示。图中电极A引出两根线和电位器R、串接。电极B的引线通过下一环节前置放大级的输人电阻(即为电极引出信号的负载电阻RL)RL和电位器的滑动触点相连,这就构成两个与磁力线垂直的回路。调节滑动触点的位置,使两回路中电流相等,则在两电极间的流体中,无正交感应电流流过,这样就可大部分消除正交干扰.
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其余引人的正交干扰经过主放大器后,经过对90度干扰信号的相敏整流,驱动由旁热式热敏电阻组成的交流不平衡电桥,再将不平衡输出引至主放大器的输人端构成负反馈,从而就可有效地抑制残余的90度干扰信号。
2.同相干扰信号及抑制
同相干扰是指两个电极分别对地有一幅值和相位相同的干扰信号,产生同相干扰的原因主要有两个。
一是由于激磁绕组和电极之间的静电感应引起的同相干扰,如图4-29所示,在激磁绕组和电极A,B之间存在绝缘电阻RM和分布电容Cf,激磁电压通过RM和Cf及两电极之间的内阻,对地产生同相的干扰电势et。
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二是由地电流引起的同相干扰电势。如果在流最计附近存在大功率的电器设备,特别是因绝缘不好而发生漏电时,地电流将使不同接地点电位不同,如图4-30所示,检测器电极和被测介质相接触,而转换器是接地的。由于被测介质和转换器的接地点不同,这样一来由地电流造成的两不同接地点的电位差被引人转换器,构成干扰电势et。
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为了消除干扰的影响,对于静电效应,应采取严格的屏蔽措施,使分布电容大大减小,同时降低激磁电压。对于地电流造成的干扰,应尽量远离大电功率电器设备,使转换器、被测介质、管道一点接地,也可采取转换器“浮空”措施。转换器的前置放大级采用差分输人电路。
3.电源电压与频率波动影响补偿
电源电压的波动将使磁场强度发生变化,这将直接影响流量信号E的数值。
电源频率的变化引起铁损和激磁线圈感抗的波动,因而也将造成流量信号E的波动。为了补偿上述参数波动造成的测量误差,转换器中应用霍尔元件构成的乘法器进行深度负反馈,使输出电流直接和流量成正比,而与电源的波动无关。
由以上可知,采用低频方波励磁不仅各种干扰的电压幅值大大下降,而且抑制方式也大为简化。
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