冷熱水流（liú）量計的（de）外部電磁幹擾及如何進行的電（diàn）磁兼（jiān）容性分析

冷熱水流量計的工作原理是基於法拉*的電磁感應原（yuán）理，工業生產中的（de）電力設施和（hé）電（diàn）器設備又很多，必然會對（duì）於冷熱水（shuǐ）流量計（jì）的電磁感應產生或多或少的影響，嚴重的可會影響到（dào）冷熱水（shuǐ）流量（liàng）計的準確測量。根據經驗總結，冷熱水流量計的幹擾源主（zhǔ）要來（lái）自於工頻電磁幹擾、流體電化學幹擾噪聲和電源幹（gàn）擾噪聲（shēng）。目前冷熱水流量計主要采用低（dī）頻或雙頻矩形波勵磁技（jì）術、同步采樣技術、輸入保護、接地技術等來降低幹擾。實際應用表明，這些技術有較好的（de）抗幹擾效果。有效地降低外部環境對於冷熱水流（liú）量計的幹擾，對於保（bǎo）證流量計的穩定與精準的測量是一件非常重要的工作。本（běn）文就是介紹利用麵板及智能終端進行冷熱水流量計參數設置（zhì）和組態的方法，以（yǐ）及提高冷熱水流量計的電磁兼容性技術。
冷熱水流量計的測量過程不（bú）受被測介質溫度、黏度、密度等因素（sù）影響，具有測量速度快、精度（dù）高、測量口徑寬、輸出線性度好，與被測介（jiè）質不接觸，耐腐蝕、抗磨損，流體壓力（lì）損失（shī）小等優點，因而廣泛應用於造（zào）紙廠紙漿、助劑、水等流體的測量。但（dàn）是，冷熱水（shuǐ）流量計也有其不足（zú），傳感器的輸出感應電動勢（shì）很小，容易受到外界電磁幹擾，如（rú）何提高冷熱水流（liú）量計（jì）的電磁兼（jiān）容（róng）性（xìng），使其能在惡劣的（de）電磁環境正常使（shǐ）用（yòng）是冷熱水流量計設計必須考慮的問題。文中以LD係列冷熱水流量計為例，結合編者的工程實踐，介紹有關冷熱水流（liú）量計的使用並分析其電磁兼容性(EMC)。
1、冷熱水流量計的工作原理
冷熱水流量計的工作以電磁感應定律為基（jī）礎，即當一個導體在電磁場中（zhōng）運動，並且運動方向垂直於電磁場時就會產生感應電動勢（shì），所產生的感應電（diàn）動勢（shì）的方向垂直（zhí）於導體運動和電磁場運動（dòng）的方向，感應（yīng）電動勢的大小與導（dǎo）體的運動速度和磁場的磁感應強度成正比。當導電流體以平均流速y(m／s)通過一根內徑為D(m)的管子時，若管子內存在（zài）一個磁感應強度為曰(T)的磁場，那麽就可產生一個垂直於（yú）磁場方向和流體流動方向的電動勢E：
E=DVB(V)(1)
容積流量Q為（wéi）：
Q=,rrD2V／4(m’／s)(2)
將式(2)代入式(1)並處理得：
E=(4B／,rrO)×Q(V)(3)
如果君和D是常數，那麽從式(3)可看出，E與Q成正比。電磁流量轉換器把電動勢層放大並轉換成標準的4—20mA的信號或脈衝（chōng）信號，作為對應的流量（liàng）信號輸出。
2、冷熱水流量計的參數設置方法及組態
流量計的參數設置（zhì）(組態)有兩種方法，一是利用顯示（shì）麵板上（shàng）的按鍵，二是利用手（shǒu）持智能（néng）終（zhōng）端。
2.1使用麵板（bǎn）進行參數設（shè）定
ADMAGAE係列冷熱水流量計麵板上常用的符號（hào）有：
(1)RED(紅)正常工作時不亮，有報（bào）警時閃爍；
(2)定義符定義符用冒號（hào）“：”，表示所顯示的（de）數據正處於待設定狀態（tài）；
(3)單位顯示顯示流量單位（wèi）；
(4)顯示數據顯示流量數（shù）據、設定數據和報警的種（zhǒng）類；
(5)小數點表示數據中的小數（shù）點；
(6)設定鍵這（zhè）些鍵用（yòng）來改（gǎi）變數據顯示和設定數據的類型。數據顯示類型共有3種：流量數據顯示模式、設定模式、報警顯示模式。
2.1.1流量數據顯示模式，
流量數據顯示模式表示的是（shì）瞬時流量值和累積（jī）流量值，ADMAGAE可顯示12種類型的流量數據。進入流量顯示模式用“dl”參數來改（gǎi）變（biàn）顯示項，詳細設定可參考流量（liàng）計用戶手冊。
2.1.2設定模式
設定模（mó）式用來（lái）檢查參數內容和重寫數（shù）據。隻要按下“SET”鍵（jiàn），可將該模式（shì）從正常的操作模式（shì）中調出。
2.1.3報警顯（xiǎn）示模式
當報警發生時，報警模式就會取代當前模式來顯示發生報警的類型，但（dàn）是這（zhè）種情（qíng）況隻是發生在當前流量顯示模式或設定模式中參數號被改變時（shí）(當正（zhèng）在該部數據項時，不顯示報警)。
2.2　BT智能終端設定
具有智能通信功能的儀表（biǎo）可（kě）與智能終端通信。橫河的智能終端有（yǒu）BTl00、BT200等型號，簡稱BT智能終端，它們采用BRAIN協議，將1個4-2mA、2.4kHz的（de）調（diào）製（zhì）信號迭加到4～20mA的模擬信號上用作信（xìn）號傳輸。由於調製信號是交流信號，所以迭加不會影響模擬信號的數值。
BT智能終端與流量計的連接有兩種方式：一是直接與流量（liàng）計端蓋下麵的BT端子相連，這種（zhǒng）方式適用於現場調試或流量計不具備智能通信功能（néng）的情況（kuàng）；二是與4—20mA直流信號線（xiàn）連接，BT智能（néng）終（zhōng）端可（kě）以連接在從控製櫃到流量（liàng）計信號線的任何位置，*大距離可達（dá）2km，隻要保證整個回路的負載電（diàn）阻在250—750Q之間，就可以可靠地通信。這種方式操作者不必去現場，在控製室就可對流量計進行設（shè）置和（hé）在線監測，是使用*多的一種方式。BT智能（néng）終端（duān）采用菜單式操作，可以**顯（xiǎn）示和修改冷熱水流量計的各種參數，其基本的（de）操作有流量計自檢、量程調整、顯示方式設置、報警設置（zhì）等。
2.3冷（lěng）熱水流量計數據設定與組態
冷熱水流量計是根據與流體流速相對應的微小電動勢計算出體積流量並輸出4～20mA的信號（hào）。為保證獲得正確（què）的信號，必須設定通徑、流量量程和儀表係數3個參數，這（zhè）3個參數中，通徑和儀表係數（shù）早在儀表出廠前就設定好（hǎo）的，因此用戶不能設定這兩個參（cān）數。用戶也可以（yǐ）在儀（yí）表出廠前將流量量程設定好，這種設定隻有在用戶要求（qiú）改變量程時才可進行重（chóng）新設定（dìng）。
3、電磁兼容性分析
冷熱水流量計的工作以電磁感應定律為基礎，產生的正比於被測流量的感應電動勢（shì）通常很小，*易受到外界電磁（cí）幹擾，而它本身（shēn）產生的電磁（cí）幹擾很小，因此冷熱水流（liú）量計的（de）電磁兼（jiān）容性主要體現在它如何在惡（è）劣的電磁環境下（xià）正（zhèng）常工作。在惡劣（liè）的（de）電磁環境下，電磁耦合靜（jìng）電感應是冷（lěng）熱水流（liú）量計幹擾噪（zào）聲的主要來源（yuán）；被測流體介質特性產生的電化學幹擾噪聲是冷熱水流量計（jì）幹擾噪聲的*二來源；冷熱水流量計供電電源的電壓和（hé）頻率波動等電源幹擾噪聲（shēng）是冷熱（rè）水流量計幹（gàn）擾噪聲的*三來源。為滿足儀表的EMC要求，智能冷（lěng）熱水流量（liàng）計（jì）分別采用硬件和軟件抗幹擾技術（shù）?，以提高冷熱水（shuǐ）流量計（jì）抗幹擾能（néng）力。
3.1工頻幹擾噪（zào）聲的特點及冷熱（rè）水流量計抗幹擾技（jì）術工頻幹擾（rǎo）噪聲*先是由冷熱水流量計勵磁繞組和流體、電*、放大（dà）器輸入回路的電磁耦合形成，其二是電磁（cí）流（liú）量汁工作現場的工頻共模幹擾，其三是供電電源引入的工頻串模幹（gàn）擾等（děng），其產生的物理機理均（jun1）是電磁感應原理。
冷熱（rè）水流量（liàng）計勵磁繞組和流體、電*、放大（dà）器輸入回路的電磁（cí）耦合產生的工頻幹擾對冷熱（rè）水流量（liàng）計（jì）工作影響（xiǎng）*大，而且在不同的勵（lì）磁技術下其表現的形態、特性不同，因而采取抗幹擾措施（shī）也不同。在工頻（pín）正弦波（bō）勵磁磁場（chǎng）下，此種電磁耦合工頻幹擾噪聲表現形式（shì）為正交幹擾，又稱為變壓器電勢，特點是幹擾（rǎo）噪聲幅值和工頻正弦波勵磁頻率成正比（bǐ），相位（wèi）滯後流量信（xìn）號電（diàn）勢90。，且幅值較流量信（xìn）號電勢大幾個數量級舊（jiù）’。直流勵磁（cí）、低（dī）頻矩形波勵磁及雙頻矩形波勵磁技術，可以基本消除正交幹擾的影響。
工頻共模幹擾和工頻串模幹擾這兩種常見的幹擾，主要是由於電磁屏蔽缺陷，分布電容（róng）耦合（hé），冷熱（rè）水流量計接地不良等原因而產生，冷熱水流量計采用輸人保護技術、高輸入阻抗、高共模抑製比自舉前置放大（dà）器技術以及重複接地技術等提高抗工頻幹擾的能力。ADMAGAE係列冷熱水（shuǐ）流量計配有接地環，其作用是通過與液體（tǐ）接觸，建立液體接地，確保基準電位與被測液體（tǐ）相同，並且保護流量計內襯。
3.2電化學幹擾噪聲（shēng）的特點及冷熱水流量計抗幹擾技術（shù）
3.2.1電化學幹擾噪聲的（de）特點
(1)電化（huà）學*化電（diàn）勢幹擾是（shì）由（yóu）於電*感生電動勢在兩**性不同而（ér）導致電（diàn）解質在（zài）電*表麵*化（huà）產生。雖然采用正負交變勵磁磁場能顯著減弱*化電勢的數量級，但不能從根本上完全消除*化電勢幹擾。
(2)泥漿幹擾是在測量液固兩相導電性流體（tǐ）流（liú）量時，固體顆粒（lì）或（huò）者氣泡擦過電*表麵時，電*表麵的接觸電化學電勢突然變化，電磁（cí）流量傳（chuán）感器輸出信號出現尖峰脈衝（chōng）狀幹擾噪聲。
(3)流體流動噪聲是在測量低導率液體(100IxS／cm以下)流量時，電*的電化學電勢定期波動，產（chǎn）生隨流量增加而頻率增加的隨機幹擾噪聲，具有類似泥漿幹擾的1／f頻譜特性。
3.2.2冷熱水流量計抗（kàng）電化學幹擾技術
冷（lěng）熱水流量計在提高抗電化學幹擾能力方麵采取的措施主要是低頻矩形波勵磁（cí）和雙頻勵磁技術。低頻矩形（xíng）波勵磁（cí）既具有直流勵磁（cí）技術不產（chǎn）生渦流（liú）效應、變壓器（qì）效應(正交（jiāo）幹擾)的特點，又具（jù）有工（gōng）頻正弦波（bō）勵磁基本不產生（shēng）*化效（xiào）應，便（biàn）於放大信號處理，而能避免（miǎn）直流放大器零（líng）點（diǎn）漂移、噪聲、穩（wěn）定性等問題的產生，有較好的抗幹擾性能（néng）。
低頻矩形波勵磁雖然（rán）具有優（yōu）良（liáng）的零點（diǎn）穩定性。但在測量泥漿、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導（dǎo）電性流體流（liú）量（liàng）時無（wú）法克服泥漿幹擾和流體噪聲幹擾。研究分析表明，泥（ní）漿幹擾和流動噪聲具有1／f的頻譜（pǔ）特征（zhēng）。低頻時幅值大，高頻時幅值小，如果采用較高（gāo）頻率的低頻矩形波勵（lì）磁則能大大降低泥漿幹擾（rǎo）的數量級。因此提高勵磁頻率有助於降低泥漿幹擾和流動噪聲，提高傳（chuán）感器輸出信號的信噪比。綜上所述，要保證冷熱水流量計的零點穩定性，*好采用低頻（pín）矩形波勵磁；為（wéi）了能較準（zhǔn）確地測量（liàng）液固兩相導電性流體（tǐ）和低導電率流體的流量，又必須采用較高頻率的矩形波（bō）勵磁。采用圖1所示的雙頻矩形波勵磁的方法是*佳方案。
3.2.3雙頻矩形波勵磁工（gōng）作及抗幹擾原理在冷熱水流量計測量管內形成含有兩個頻率（lǜ）分量的電磁場：高頻勵磁分（fèn）量（liàng）不受液體幹擾（rǎo）的影（yǐng）響，而低頻勵磁分量則有（yǒu）著*好的零點穩（wěn）定性，根據高、低頻定時檢（jiǎn）測到的各分量信號經過計算，便可得（dé）到流量信號。
雙頻矩形波勵磁測量原理如圖l所示，一個（gè）由高低頻分量迭加而成的電磁場通過勵磁線圈被施加到被測（cè）液體中，勵磁波形是在一個低頻矩形（xíng）波上迭加一個高於市（shì）電（diàn）頻率的矩形波而（ér）得到（dào）的波形。在產生的電動（dòng）勢中，低頻分量通過一個大時間常數的積分電（diàn）路獲得一個零點穩定性好的平穩流量信號。而（ér）由漿（jiāng）液或低電（diàn）導率流體產生的低頻噪聲可被不受噪聲影響的高（gāo）頻采樣電路所抑製，有（yǒu）著同樣時間常數的流量信號經過（guò）一個差分（fèn）電路以確定流速信號的變（biàn）化，把這（zhè）兩種不同頻率采樣所得的信號結合起來可獲得一個穩定流（liú）速信號，該信（xìn）號不受噪聲幹擾，且有較高的零點穩定性。

3.3電源幹擾噪聲（shēng）特點及（jí）冷熱水流量計抗幹擾技術（shù）

冷（lěng）熱水流量計（jì）一般都采用工頻交流電源供電（diàn），其電源電壓（yā）的（de）幅值和頻（pín）率的變（biàn）化都（dōu）會給冷熱水流量計帶來電源性幹（gàn）擾噪聲。對電源電壓的幅值變化，因采用多級集成穩壓，一（yī）般而言電源電壓的幅值變化（huà）對電磁流（liú）量的測量精度影響不大。當電源電（diàn）壓的頻率波動時（shí），雖然其波動範圍有限，但對冷熱水流量計測量精度影響較（jiào）大。為了解決工頻幹擾問題，實現對（duì）流（liú）體流速感應電勢e柚信（xìn）號的準確測量，需利用以下基本關係：①勵磁周期為（wéi）工頻（pín）周期（qī）的整數倍，即勵（lì）磁頻率為50／nHz(n為偶數)；②正負（fù）勵磁下的同相位采樣。圖2是對應低頻矩（jǔ）形波勵（lì）磁形式下的典型電勢信號形式，按上述關係在一個勵磁（cí）周期下，若假設t。和t：點為（wéi）工頻幹擾的等效幹擾點，且采樣寬度T=T1=T2，則e –ab的基本算式為：，

式(4)從理論上說明冷熱水流量計的工頻幹擾有可克服的途（tú）徑，即同步（bù）采（cǎi）樣技術，其方法是以同相位(t1=t2)、同寬度采樣（yàng）(T1=T2=T)為前提的，采樣頻率要選為工頻周期的整數倍。這樣即使混有幹擾信號，因其采樣時間為完整的工頻周期，其平均值（zhí）也（yě）為零，幹擾電壓不起（qǐ）作用。
4、冷（lěng）熱水流量計選（xuǎn）型
4.1冷熱水流量計選型的一般原則H1
(1)被測（cè）介質是否為導電液體或漿液（yè），由此決定是否選用冷熱水流量計；
(2)被測介質的電導率（lǜ）決（jué）定冷熱水流量計（jì）的類（lèi）型——是高電導率還是低（dī）電導率；
(3)工藝要（yào）求的*大、*小和常用流量工藝管（guǎn）道的公稱通徑，決定介質的流速是否處（chù）在（zài）較經濟的流速點上，管道是否需要變徑，*後確定流量計的口徑（jìng）；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，以及流量計的（de）防護（hù）等級等；
(5)根據被測介質是否易（yì）結晶（jīng）、結疤來選擇電*型式；
(6)根據被測介質的腐蝕性來選（xuǎn）擇電（diàn）*材（cái）料；
(7)被測介質的腐蝕（shí）性.磨損性及（jí）溫度來決定采用何種襯裏（lǐ）材料；
(8)被測介質（zhì）的*高工作壓（yā）力決定流量（liàng）計的（de）公稱壓力；
(9)工藝管道的絕緣性決定接地（dì）環的（de）型式。
4.2根據冷熱水流（liú）量計勵磁方式的的特（tè）點選型
(1)直流勵磁型
這種冷熱水流量計（jì）數量很少，隻（zhī）用於測量液態金屬流量，如常（cháng）溫下的汞和高溫下的液（yè）態鈉、鉀等。
(2)交流工頻勵磁型
較早期的（de）冷熱（rè）水流量（liàng）計用50Hz工頻市電勵磁（cí），由於易受電磁幹擾和零點漂移等原因（yīn），現已逐（zhú）漸被低頻矩（jǔ）形勵磁（cí）所代替。但在測量泥漿、礦（kuàng）漿等（děng）液固兩相流時，低頻矩形波勵（lì）磁方式不能克服固（gù）體（tǐ）擦過電*表麵產生（shēng）的尖峰噪聲，而工頻交流勵磁的儀表則不存在這一（yī）缺點，所以國內（nèi）外尚有一些冷熱水流（liú）量計仍采用交流工頻勵磁方式。
(3)低頻矩形波勵磁型1.·
由（yóu）於低頻矩形波勵磁方式功（gōng）耗小，零點穩定性好（hǎo），所以它是目前冷熱水流量計的主要（yào）勵磁方（fāng）式。其波形有“正一負”二值和“正（zhèng）一零一負一零”三值兩種。有的冷熱水流量計（jì）勵磁頻率（lǜ）可以由用戶設定（dìng），一（yī）般小口徑儀表用（yòng）較高頻率，大口徑儀表用較低頻率。
(4)雙頻勵磁型
勵磁電流的波形是在（zài）低頻矩形波上疊加高頻矩形波，主要為克服二值矩形波勵磁存在（zài）的漿液噪聲和流動噪聲，提高（gāo）儀表（biǎo）的穩定性和響應特性，因此廣泛用於製漿造紙及汙水（shuǐ）處理等行業。
5、結束語
通過上麵分析可（kě）知，冷熱水流量計具有測量精度（dù）高、速（sù）度快、使用方便，測量範圍廣（guǎng）、口徑寬（kuān）等諸多優點（diǎn），但同時也存在著測（cè）量輸出信號易受工頻電磁幹擾（rǎo），流體電化學噪聲及電源頻率變化影（yǐng）響的缺點。不同勵磁方式的冷熱水流量計具有不同的抗幹擾技術和應（yīng）用範圍。正確了解各種（zhǒng）勵磁技術的特點和不同冷熱水流量計的技術原（yuán）理是正確（què）使用冷（lěng）熱水流量計的前（qián）提。

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