腐蝕性污水流量計(jì)的電磁兼容性分析與選型

1、電磁兼容性分析
腐蝕性污水流量計(jì)的工作以電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，產(chǎn)生的正比于被測(cè)流量的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通常很小，*易受到外界電磁干擾，而它本身產(chǎn)生的電磁干擾很小，因此腐蝕性污水流量計(jì)的電磁兼容性主要體現(xiàn)在它如何在惡劣的電磁環(huán)境下正常工作。在惡劣的電磁環(huán)境下，電磁耦合靜電感應(yīng)是腐蝕性污水流量計(jì)干擾噪聲的主要來源；被測(cè)流體介質(zhì)特性產(chǎn)生的電化學(xué)干擾噪聲是腐蝕性污水流量計(jì)干擾噪聲的*二來源；腐蝕性污水流量計(jì)供電電源的電壓和頻率波動(dòng)等電源干擾噪聲是腐蝕性污水流量計(jì)干擾噪聲的*三來源。為滿足儀表的EMC要求，智能腐蝕性污水流量計(jì)分別采用硬件和軟件抗干擾技術(shù)?，以提高腐蝕性污水流量計(jì)抗干擾能力。
1.1工頻干擾噪聲的特點(diǎn)及腐蝕性污水流量計(jì)抗干擾技術(shù)工頻干擾噪聲*先是由腐蝕性污水流量計(jì)勵(lì)磁繞組和流體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合形成，其二是電磁流量汁工作現(xiàn)場(chǎng)的工頻共模干擾，其三是供電電源引入的工頻串模干擾等，其產(chǎn)生的物理機(jī)理均是電磁感應(yīng)原理。
腐蝕性污水流量計(jì)勵(lì)磁繞組和流體、電*、放大器輸入回路的電磁耦合產(chǎn)生的工頻干擾對(duì)腐蝕性污水流量計(jì)工作影響*大，而且在不同的勵(lì)磁技術(shù)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。在工頻正弦波勵(lì)磁磁場(chǎng)下，此種電磁耦合工頻干擾噪聲表現(xiàn)形式為正交干擾，又稱為變壓器電勢(shì)，特點(diǎn)是干擾噪聲幅值和工頻正弦波勵(lì)磁頻率成正比，相位滯后流量信號(hào)電勢(shì)90。，且幅值較流量信號(hào)電勢(shì)大幾個(gè)數(shù)量級(jí)舊’。直流勵(lì)磁、低頻矩形波勵(lì)磁及雙頻矩形波勵(lì)磁技術(shù)，可以基本消除正交干擾的影響。
工頻共模干擾和工頻串模干擾這兩種常見的干擾，主要是由于電磁屏蔽缺陷，分布電容耦合，腐蝕性污水流量計(jì)接地不良等原因而產(chǎn)生，腐蝕性污水流量計(jì)采用輸人保護(hù)技術(shù)、高輸入阻抗、高共模抑制比自舉前置放大器技術(shù)以及重復(fù)接地技術(shù)等提高抗工頻干擾的能力。ADMAGAE系列腐蝕性污水流量計(jì)配有接地環(huán)，其作用是通過與液體接觸，建立液體接地，確保基準(zhǔn)電位與被測(cè)液體相同，并且保護(hù)流量計(jì)內(nèi)襯。
1.2電化學(xué)干擾噪聲的特點(diǎn)及腐蝕性污水流量計(jì)抗干擾技術(shù)
1.2.1電化學(xué)干擾噪聲的特點(diǎn)
(1)電化學(xué)*化電勢(shì)干擾是由于電*感生電動(dòng)勢(shì)在兩**性不同而導(dǎo)致電解質(zhì)在電*表面*化產(chǎn)生。雖然采用正負(fù)交變勵(lì)磁磁場(chǎng)能顯著減弱*化電勢(shì)的數(shù)量級(jí)，但不能從根本上完全消除*化電勢(shì)干擾。
(2)泥漿干擾是在測(cè)量液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)，固體顆?；蛘邭馀莶吝^電*表面時(shí)，電*表面的接觸電化學(xué)電勢(shì)突然變化，電磁流量傳感器輸出信號(hào)出現(xiàn)尖峰脈沖狀干擾噪聲。
(3)流體流動(dòng)噪聲是在測(cè)量低導(dǎo)率液體(100IxS／cm以下)流量時(shí)，電*的電化學(xué)電勢(shì)定期波動(dòng)，產(chǎn)生隨流量增加而頻率增加的隨機(jī)干擾噪聲，具有類似泥漿干擾的1／f頻譜特性。
1.2.2腐蝕性污水流量計(jì)抗電化學(xué)干擾技術(shù)
腐蝕性污水流量計(jì)在提高抗電化學(xué)干擾能力方面采取的措施主要是低頻矩形波勵(lì)磁和雙頻勵(lì)磁技術(shù)。低頻矩形波勵(lì)磁既具有直流勵(lì)磁技術(shù)不產(chǎn)生渦流效應(yīng)、變壓器效應(yīng)(正交干擾)的特點(diǎn)，又具有工頻正弦波勵(lì)磁基本不產(chǎn)生*化效應(yīng)，便于放大信號(hào)處理，而能避免直流放大器零點(diǎn)漂移、噪聲、穩(wěn)定性等問題的產(chǎn)生，有較好的抗干擾性能。
低頻矩形波勵(lì)磁雖然具有優(yōu)良的零點(diǎn)穩(wěn)定性。但在測(cè)量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導(dǎo)電性流體流量時(shí)無(wú)法克服泥漿干擾和流體噪聲干擾。研究分析表明，泥漿干擾和流動(dòng)噪聲具有1／f的頻譜特征。低頻時(shí)幅值大，高頻時(shí)幅值小，如果采用較高頻率的低頻矩形波勵(lì)磁則能大大降低泥漿干擾的數(shù)量級(jí)。因此提高勵(lì)磁頻率有助于降低泥漿干擾和流動(dòng)噪聲，提高傳感器輸出信號(hào)的信噪比。綜上所述，要保證腐蝕性污水流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定性，*好采用低頻矩形波勵(lì)磁；為了能較準(zhǔn)確地測(cè)量液固兩相導(dǎo)電性流體和低導(dǎo)電率流體的流量，又必須采用較高頻率的矩形波勵(lì)磁。采用圖1所示的雙頻矩形波勵(lì)磁的方法是*佳方案。
1.2.3雙頻矩形波勵(lì)磁工作及抗干擾原理在腐蝕性污水流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)形成含有兩個(gè)頻率分量的電磁場(chǎng)：高頻勵(lì)磁分量不受液體干擾的影響，而低頻勵(lì)磁分量則有著*好的零點(diǎn)穩(wěn)定性，根據(jù)高、低頻定時(shí)檢測(cè)到的各分量信號(hào)經(jīng)過計(jì)算，便可得到流量信號(hào)。
雙頻矩形波勵(lì)磁測(cè)量原理如圖l所示，一個(gè)由高低頻分量迭加而成的電磁場(chǎng)通過勵(lì)磁線圈被施加到被測(cè)液體中，勵(lì)磁波形是在一個(gè)低頻矩形波上迭加一個(gè)高于市電頻率的矩形波而得到的波形。在產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)中，低頻分量通過一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的積分電路獲得一個(gè)零點(diǎn)穩(wěn)定性好的平穩(wěn)流量信號(hào)。而由漿液或低電導(dǎo)率流體產(chǎn)生的低頻噪聲可被不受噪聲影響的高頻采樣電路所抑制，有著同樣時(shí)間常數(shù)的流量信號(hào)經(jīng)過一個(gè)差分電路以確定流速信號(hào)的變化，把這兩種不同頻率采樣所得的信號(hào)結(jié)合起來可獲得一個(gè)穩(wěn)定流速信號(hào)，該信號(hào)不受噪聲干擾，且有較高的零點(diǎn)穩(wěn)定性。

1.3電源干擾噪聲特點(diǎn)及腐蝕性污水流量計(jì)抗干擾技術(shù)

腐蝕性污水流量計(jì)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(huì)給腐蝕性污水流量計(jì)帶來電源性干擾噪聲。對(duì)電源電壓的幅值變化，因采用多級(jí)集成穩(wěn)壓，一般而言電源電壓的幅值變化對(duì)電磁流量的測(cè)量精度影響不大。當(dāng)電源電壓的頻率波動(dòng)時(shí)，雖然其波動(dòng)范圍有限，但對(duì)腐蝕性污水流量計(jì)測(cè)量精度影響較大。為了解決工頻干擾問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流速感應(yīng)電勢(shì)e柚信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量，需利用以下基本關(guān)系：①勵(lì)磁周期為工頻周期的整數(shù)倍，即勵(lì)磁頻率為50／nHz(n為偶數(shù))；②正負(fù)勵(lì)磁下的同相位采樣。圖2是對(duì)應(yīng)低頻矩形波勵(lì)磁形式下的典型電勢(shì)信號(hào)形式，按上述關(guān)系在一個(gè)勵(lì)磁周期下，若假設(shè)t。和t：點(diǎn)為工頻干擾的等效干擾點(diǎn)，且采樣寬度T=T1=T2，則e –ab的基本算式為：，

式(4)從理論上說明腐蝕性污水流量計(jì)的工頻干擾有可克服的途徑，即同步采樣技術(shù)，其方法是以同相位(t1=t2)、同寬度采樣(T1=T2=T)為前提的，采樣頻率要選為工頻周期的整數(shù)倍。這樣即使混有干擾信號(hào)，因其采樣時(shí)間為完整的工頻周期，其平均值也為零，干擾電壓不起作用。
2、腐蝕性污水流量計(jì)選型
2.1腐蝕性污水流量計(jì)選型的一般原則H1
(1)被測(cè)介質(zhì)是否為導(dǎo)電液體或漿液，由此決定是否選用腐蝕性污水流量計(jì)；
(2)被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率決定腐蝕性污水流量計(jì)的類型——是高電導(dǎo)率還是低電導(dǎo)率；
(3)工藝要求的*大、*小和常用流量工藝管道的公稱通徑，決定介質(zhì)的流速是否處在較經(jīng)濟(jì)的流速點(diǎn)上，管道是否需要變徑，*后確定流量計(jì)的口徑；1
(4)以工藝管道的布置情況，來確定采用一體型還是分體型流量計(jì)，以及流量計(jì)的防護(hù)等級(jí)等；
(5)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)是否易結(jié)晶、結(jié)疤來選擇電*型式；
(6)根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性來選擇電*材料；
(7)被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性.磨損性及溫度來決定采用何種襯里材料；
(8)被測(cè)介質(zhì)的*高工作壓力決定流量計(jì)的公稱壓力；
(9)工藝管道的絕緣性決定接地環(huán)的型式。
2.2根據(jù)腐蝕性污水流量計(jì)勵(lì)磁方式的的特點(diǎn)選型
(1)直流勵(lì)磁型
這種腐蝕性污水流量計(jì)數(shù)量很少，只用于測(cè)量液態(tài)金屬流量，如常溫下的汞和高溫下的液態(tài)鈉、鉀等。
(2)交流工頻勵(lì)磁型
較早期的腐蝕性污水流量計(jì)用50Hz工頻市電勵(lì)磁，由于易受電磁干擾和零點(diǎn)漂移等原因，現(xiàn)已逐漸被低頻矩形勵(lì)磁所代替。但在測(cè)量泥漿、礦漿等液固兩相流時(shí)，低頻矩形波勵(lì)磁方式不能克服固體擦過電*表面產(chǎn)生的尖峰噪聲，而工頻交流勵(lì)磁的儀表則不存在這一缺點(diǎn)，所以國(guó)內(nèi)外尚有一些腐蝕性污水流量計(jì)仍采用交流工頻勵(lì)磁方式。
(3)低頻矩形波勵(lì)磁型1.·
由于低頻矩形波勵(lì)磁方式功耗小，零點(diǎn)穩(wěn)定性好，所以它是目前腐蝕性污水流量計(jì)的主要?jiǎng)?lì)磁方式。其波形有“正一負(fù)”二值和“正一零一負(fù)一零”三值兩種。有的腐蝕性污水流量計(jì)勵(lì)磁頻率可以由用戶設(shè)定，一般小口徑儀表用較高頻率，大口徑儀表用較低頻率。
(4)雙頻勵(lì)磁型
勵(lì)磁電流的波形是在低頻矩形波上疊加高頻矩形波，主要為克服二值矩形波勵(lì)磁存在的漿液噪聲和流動(dòng)噪聲，提高儀表的穩(wěn)定性和響應(yīng)特性，因此廣泛用于制漿造紙及污水處理等行業(yè)。

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