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影響dn250汙水流量計精度(dù)的因素有哪三個(gè)方麵

點擊次數:2791 發布時間:2021-08-31 01:36:56
dn250汙水流量計中流量信(xìn)號和幹(gàn)擾信號同時出現且相互存(cún)在,因此在進行檢測的過程中需要將(jiāng)幹擾信號排除才能提取到更為準確的流量信號,以進行精度更高的dn250汙水(shuǐ)流(liú)量計算。
經過(guò)大量反複的試驗後發(fā)現,dn250汙水流量計在工作(zuò)過程中會受到來自多方的幹擾(rǎo),影響(xiǎng)dn250汙水流量(liàng)計精度的因素主要(yào)有三種:
(1)流動電化學所產生的幹(gàn)擾噪聲;
(2)電磁耦合過程中所(suǒ)產生的靜電感應;
(3)電源所產生的幹擾噪聲。
各種幹擾成分充(chōng)斥在流量信號的邊邊角角,因此(cǐ)傳感器測出的電壓信號中包含了較(jiào)多的(de)噪(zào)聲,此部分噪聲的電壓信號可(kě)以表示為下述式:

2.3.1 各種(zhǒng)幹擾產生機理及對策分析
1.正交幹擾

從上(shàng)圖 2.5 中可以觀察到兩個電*、勵磁線圈、轉換器內(nèi)阻之間形成了一個閉合回路,將此回路稱之為初級繞組,從理(lǐ)論上進行分析,磁力線 B 應當平行於(yú)勵磁線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁感應線,但在實際的應用過程中由於工藝差異,因(yīn)此無法達到理想狀態,會產(chǎn)生磁力線穿過勵磁線圈(quān)磁感應線(xiàn)的情況,此時將會產生相應的感應電動勢,將此部分感應電動勢稱為變壓器效應。此(cǐ)效應同樣滿足於楞次定律,利用楞次(cì)定律進(jìn)行計(jì)算可得如(rú)下電動(dòng)勢:

從(2.3)中可以觀察到正交幹擾信號與流(liú)量信號相比,之間(jiān)相差了 90°。電流(liú)經過勵磁線圈時其(qí)穩態會發生階段性的改變,電磁感應充斥(chì)在(zài)dn250汙水流量計工作的所有流程中,因此流經勵磁線圈的電流穩態在轉變時需要(yào)經過一個較長的過程。電流磁場穩態的改變與勵磁電流改變的方向(xiàng)息(xī)息相關,兩電*形成的(de)回路則會產生相(xiàng)應的感應電壓。隨後當磁場方向再次發生轉變時,兩(liǎng)電*所產生的感應(yīng)電壓方向也會產生相應的變化,此時所產生(shēng)的感應電壓與上一次產(chǎn)生感應電(diàn)壓的方向相(xiàng)反,兩個電壓在循環往複的過程(chéng)中進行碰撞,因(yīn)此此時電*形成回路中所產生(shēng)的微分幹(gàn)擾(rǎo)電壓視為零。
從式中可以了解到正交幹擾電壓與勵磁頻(pín)率之間呈(chéng)現出一定的(de)線性關係。觀察二者之間的線性關係(xì)又可(kě)以了解到利用低頻勵磁方式能夠幫助減小磁場(chǎng)中的正(zhèng)交幹擾。而在磁場(chǎng)中還有(yǒu)磁場本身所產生的渦電流效應(yīng)也會導致出現正交幹擾。
2.同相幹擾
電場和磁場可以通過電磁(cí)感(gǎn)應進行及時轉換。流體在(zài)磁場(chǎng)中流動時將會不(bú)斷切割磁感應線,此時便會形成閉合的正交幹擾渦電流,除(chú)此之外還會形成二次磁通,此(cǐ)時二次磁通在流體內部又會形成另一個閉合的正交幹擾渦電流。將此(cǐ)種情況稱為同相幹擾電壓(yā)Te 。

由式(shì)(2.4)了解到將正交幹(gàn)擾進行再(zài)次微分即可得到同相幹擾 ,式中同相幹擾與流量信號的相位相同(tóng),且與勵磁頻率的平方形成正比,此時無法將其從流量信號(hào)中進行分(fèn)離,隻能是利用低頻勵磁的(de)方式將產(chǎn)生的同相(xiàng)幹擾降低。為了能更好的降(jiàng)低電磁工作過程中所(suǒ)產生的幹擾,需要將傳感(gǎn)器的電*、勵磁線(xiàn)圈的形狀、性能參數等等(děng)都進行平(píng)衡,屏蔽互相所產生的幹擾(rǎo)信(xìn)號。
3.串模幹(gàn)擾
上世紀六十年代之前,dn250汙水流量計中的傳感器通常使用單端信號的傳輸方式(shì),采用兩個測量電*進行信號的傳輸,從一個電*傳輸(shū)到另一個電*,此種傳(chuán)輸方式在(zài)進行信號傳輸的過程中會將多種幹(gàn)擾信號進行疊加後傳輸,此時會出現兩種情況,一種是多種信號進行疊加導致前置放大器的工(gōng)作進行飽和狀態而無法正常過程,另一種(zhǒng)情況是在進行信號提(tí)取的過程中需要更多的時間進行幹擾(rǎo)排除。
當代dn250汙(wū)水流量計(jì)中傳感器更換了信號傳輸(shū)方式,利用差動方式進行信(xìn)號傳輸,將被測流體作為一個信號(hào)傳輸端,而將兩個(gè)電*作為另一個信號傳輸端,此種傳輸方式能夠有效(xiào)的抑(yì)製電磁回路中所產生的串模幹擾情況(kuàng)。
所謂的串模幹擾主要是由於電磁流量傳感器周圍的磁場設備所引起,當(dāng)傳感器在工(gōng)作的過程中,周圍一旦存在較大的磁場設備便會出現漏磁現象,由(yóu)於另(lìng)一個磁感應線的運動,*二個磁場應運而生,而此磁場(chǎng)與(yǔ)傳感器回路中的磁感應線相互切割會產生相應的電流,從而(ér)形成感應電動(dòng)勢,此過程被稱為串模幹擾。造成串(chuàn)模幹(gàn)擾的另一個原因是印(yìn)刷電路板的兼(jiān)容性不夠大,此時(shí)會造成信號質量的下降。解除串模幹擾的方式多種多樣,其中可以在前置放大器前再放置一個低通濾波器進行高頻電勢(shì)的抑製。也可以對dn250汙水流量計進行靜電屏蔽來降(jiàng)低串模(mó)幹擾。 在轉換器的雙端通過電流時也會形成一個完整的(de)閉合回路,此時亦會產生串模幹擾。
通(tōng)常而言(yán),回路中所產生的串模幹擾和供電的電源頻率保(bǎo)持一致,根據此現象,可以利用將采(cǎi)樣時間設置為供電電源周期的(de)整數倍,以保證串模幹擾的平均值為零,對串模幹擾起到良好的(de)抑(yì)製作(zuò)用。
4.共模幹擾
所謂的共模幹擾主(zhǔ)要是由於(yú)轉換器前端的放大器上(shàng)同時出現同樣的幹擾所造成。共模幹擾在正常情況下對(duì)測量結果不會造成明顯的影響,但若是出現轉換(huàn)器(qì)前端放大器中的參數不對等情況時,則會由共模幹擾轉變成為串模幹擾,此時將會對測量結果造成較大的(de)影響。
引起共模幹擾*主要的原因是靜電幹擾,因此可以通過屏蔽靜電幹擾的方式來有(yǒu)效的降低共模幹擾對電磁(cí)傳(chuán)感器造成(chéng)的影響。
5.直流幹(gàn)擾
直流幹擾主要來源於dn250汙水流量計工作時出現的電化(huà)學噪聲。當電解質和接液部件一旦接觸,電解質中的正(zhèng)負離子將會即刻出現定向運動,即使沒有通電(diàn),電解(jiě)質中的正負(fù)離子會產生一個定向運動,此時在電解液中會形成一個明顯的電(diàn)位差(chà),出現的此種現象被(bèi)稱為*化現象(xiàng)。可從圖 2.6 中進行觀察,兩(liǎng)個(gè)電*若是產生了大小(xiǎo)相等,方向相反的電位e1=e 2時,兩個電*之間的電位差可視為零(líng);當兩個電*之間的電位呈現出e1 ≠e2 的關係時則表示兩個(gè)電位之間存(cún)在一個明顯的電(diàn)位差,產生的電(diàn)位差之間則(zé)會出現相(xiàng)應的電流(liú)從而形成*化電壓。此電壓(yā)與共模電壓3e 將會共同被轉(zhuǎn)換器前的放大器攝取,此(cǐ)時(shí)*有可能會出現放大器無法工(gōng)作的情況,此種情況主要是由於*化電壓過大(dà)所導致,當*化電壓較大(dà)時將會把放大器的輸入端堵(dǔ)塞,此時放大器無法正常工作。為了能有效的避免發生此種情況需要控製降低在電磁場中所產生(shēng)的*化(huà)電壓。

流動噪聲主要出現在低電(diàn)導率(lǜ)流(liú)體的(de)檢測中,由輸出端輸出的直流*化電壓時(shí)常出現左右擺動的現象,而(ér)此種擺動的電壓(yā)被稱為流動噪聲。上式(2.5)中可以觀察了解到流體電導率和流動噪聲呈現出負相關關係,由此可以了解到在進行低電導率的(de)計算(suàn)中需要重點考慮位移電流。

*化現象還有外電場頻率變化所導致,此種情況主要是由於當電場頻率變化時,轉向*化未能(néng)完全同步所導致。
2.3.2 勵磁技術對精度的影響
勵磁電流的工作過(guò)程中將會產生對應的磁場,此時便(biàn)會產生(shēng)相應的(de)感應電(diàn)動勢,為了能(néng)更好的對dn250汙水流量計進行計算,需要選擇更(gèng)合適的勵磁方式。
勵磁技術經過了一個漫長的曆程,其中如直流勵磁、低頻矩形波勵磁、雙頻矩形波勵磁等。
1.直流勵磁
直流(liú)勵磁的產生(shēng)主要來源於直流電流勵磁產生的穩定磁場和永磁體產生的恒(héng)定磁場。下圖 2.7 中展示了直流勵磁波的波形(xíng)圖,從圖中可以(yǐ)直接觀察到此種勵磁方式較為(wéi)穩定,受到的幹(gàn)擾較小。

在現實的(de)工作過程中直流勵磁(cí)方式中包含(hán)了較多的幹擾信(xìn)號,較為常見的(de)有三種形(xíng)式。*一種是由於直流信號促使測量管內流體(tǐ)*化,從而疊加幹擾的*化(huà)電壓信號。*二種是*化電壓容易受到溫(wēn)度的影響導致其跟隨變化。*三種是需要利用到更大的直流(liú)放大器,此放大器進行信號放(fàng)大的過程將會更加困難。
2.交流勵(lì)磁

交流勵磁主(zhǔ)要是(shì)在交流電流中所產生的勵磁(cí)方式,通常會在 60Hz 正弦波(bō)電流作(zuò)用下產生。上圖 2.8 中展示了交流勵磁的波形圖,此種勵磁方式*大的優點是能夠有效的降低電流(liú)對電*所帶來的計(jì)劃作用。除此之外還能利(lì)用交流勵磁感應更大的(de)電(diàn)動勢,能夠有(yǒu)效提(tí)高磁感應強度。還有就是能夠將(jiāng)信號直接放大,不需(xū)要再設置前端放大器。
由於交(jiāo)流勵磁的種種優勢促使其在上世紀二十年代到五十年代(dài)風靡**,但在交流(liú)勵磁的工作方(fāng)式中也出現(xiàn)了較多明顯的缺點,其(qí)中如交流勵磁會產生明顯的正交和(hé)同相幹擾(rǎo)、產生磁滯(zhì)損失和渦(wō)流損失等等。
在針對漿液和脈動流的(de)檢測中,使用交流勵磁仍能起到更可快速(sù)、便捷的檢測(cè)方式。
3.低頻矩形波勵磁

低(dī)頻矩(jǔ)形波勵磁方(fāng)式能(néng)夠彌(mí)補交流勵磁所帶來(lái)的缺陷,因此從上世紀七十年起成為新的測量方(fāng)式風靡**。
低頻矩形波立此(cǐ)方式能夠有效減弱電磁感應產生的幹擾,同(tóng)時也不容易出現*化(huà)現象。上圖 2.9 中展示了低頻矩形波的波形圖(tú),從圖中可以直觀的觀察到dΦ/ dt 發生*有規律,能夠保證在一定的轉(zhuǎn)換時間內(nèi)使得流(liú)量信號達到(dào)平穩狀態,同時圖中的波形穩(wěn)定時間較長,因此保(bǎo)證能夠具有穩定的信號采樣過程。
值得重視的是若是使用其進行漿液性(xìng)流體測量時,流體會產生一定(dìng)的噪聲(shēng),從而形(xíng)成新的幹擾,對於檢測結果會造成一定的(de)影響。
總結
本(běn)內容針對國內外研(yán)究dn250汙水流量計的曆程進行(háng)了回顧,簡單介紹了dn250汙水流量計(jì)工作的基本原理,分(fèn)析了其基(jī)本結構,包括傳感器和(hé)轉化器,然後重點研究了影響dn250汙水流量計精度的因素,並分(fèn)析了各種幹擾因素的產生(shēng)機理及其對策,其中包括正交、串模幹擾等(děng);除此之外還分析了不同勵磁技術對dn250汙水流量(liàng)計檢測精度的影響,重點介紹了直流、交(jiāo)流、低頻矩形波三種勵磁技術;*後,基於這些影響dn250汙水流量計精度的因素,針對性提出了抗幹擾措施,其中,硬(yìng)件方麵包括電源設計、傳輸線路、隔離(lí)技術、接地技術、電路設計以及 PCB 印刷技術中的抗(kàng)幹擾(rǎo)措施;軟件方麵包括數(shù)字濾波(bō)、CPU 抗幹(gàn)擾、程序監控係統、故障自診斷技術等。

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