腐蝕性汙水流量計的電磁相容性分析與選型

1✘↟、電磁相容性分析
腐蝕性汙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通常很小││₪，極易受到外界電磁干擾││₪，而它本身產生的電磁干擾很小││₪，因此腐蝕性汙水流量計的電磁相容性主要體現在它如何在惡劣的電磁環境下正常工作▩·。在惡劣的電磁環境下││₪，電磁耦合靜電感應是腐蝕性汙水流量計干擾噪聲的主要來源；被測流體介質特性產生的電化學干擾噪聲是腐蝕性汙水流量計干擾噪聲的第二來源；腐蝕性汙水流量計供電電源的電壓和頻率波動等電源干擾噪聲是腐蝕性汙水流量計干擾噪聲的第三來源▩·。為滿足儀表的EMC要求││₪，智慧腐蝕性汙水流量計分別採用硬體和軟體抗干擾技術?││₪，以提高腐蝕性汙水流量計抗干擾能力▩·。
1.1工頻干擾噪聲的特點及腐蝕性汙水流量計抗干擾技術工頻干擾噪聲首先是由腐蝕性汙水流量計勵磁繞組和流體✘↟、電極✘↟、放大器輸入迴路的電磁耦合形成││₪，其二是電磁流量汁工作現場的工頻共模干擾││₪，其三是供電電源引入的工頻串模干擾等││₪，其產生的物理機理均是電磁感應原理▩·。
腐蝕性汙水流量計勵磁繞組和流體✘↟、電極✘↟、放大器輸入迴路的電磁耦合產生的工頻干擾對腐蝕性汙水流量計工作影響最大││₪，而且在不同的勵磁技術下其表現的形態✘↟、特性不同││₪，因而採取抗干擾措施也不同▩·。在工頻正弦波勵磁磁場下││₪，此種電磁耦合工頻干擾噪聲表現形式為正交干擾││₪，又稱為變壓器電勢││₪，特點是干擾噪聲幅值和工頻正弦波勵磁頻率成正比││₪，相位滯後流量訊號電勢90▩·。││₪，且幅值較流量訊號電勢大幾個數量級舊’▩·。直流勵磁✘↟、低頻矩形波勵磁及雙頻矩形波勵磁技術││₪，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││₪，主要是由於電磁遮蔽缺陷││₪，分佈電容耦合││₪，腐蝕性汙水流量計接地不良等原因而產生││₪，腐蝕性汙水流量計採用輸人保護技術✘↟、高輸入阻抗✘↟、高共模抑制比自舉前置放大器技術以及重複接地技術等提高抗工頻干擾的能力▩·。ADMAGAE系列腐蝕性汙水流量計配有接地環││₪，其作用是透過與液體接觸││₪，建立液體接地││₪，確保基準電位與被測液體相同││₪，並且保護流量計內襯▩·。
1.2電化學干擾噪聲的特點及腐蝕性汙水流量計抗干擾技術
1.2.1電化學干擾噪聲的特點
(1)電化學極化電勢干擾是由於電極感生電動勢在兩極極性不同而導致電解質在電極表面極化產生▩·。雖然採用正負交變勵磁磁場能顯著減弱極化電勢的數量級││₪，但不能從根本上完全消除極化電勢干擾▩·。
(2)泥漿干擾是在測量液固兩相導電性流體流量時││₪，固體顆粒或者氣泡擦過電極表面時││₪，電極表面的接觸電化學電勢突然變化││₪，電磁流量感測器輸出訊號出現尖峰脈衝狀干擾噪聲▩·。
(3)流體流動噪聲是在測量低導率液體(100IxS／cm以下)流量時││₪，電極的電化學電勢定期波動││₪，產生隨流量增加而頻率增加的隨機干擾噪聲││₪，具有類似泥漿干擾的1／f頻譜特性▩·。
1.2.2腐蝕性汙水流量計抗電化學干擾技術
腐蝕性汙水流量計在提高抗電化學干擾能力方面採取的措施主要是低頻矩形波勵磁和雙頻勵磁技術▩·。低頻矩形波勵磁既具有直流勵磁技術不產生渦流效應✘↟、變壓器效應(正交干擾)的特點││₪，又具有工頻正弦波勵磁基本不產生極化效應││₪，便於放大訊號處理││₪，而能避免直流放大器零點漂移✘↟、噪聲✘↟、穩定性等問題的產生││₪，有較好的抗干擾性能▩·。
低頻矩形波勵磁雖然具有優良的零點穩定性▩·。但在測量泥漿✘↟、紙漿等含纖維和固體顆粒的液固兩相導電性流體流量時無法克服泥漿干擾和流體噪聲干擾▩·。研究分析表明││₪，泥漿干擾和流動噪聲具有1／f的頻譜特徵▩·。低頻時幅值大││₪，高頻時幅值小││₪，如果採用較高頻率的低頻矩形波勵磁則能大大降低泥漿干擾的數量級▩·。因此提高勵磁頻率有助於降低泥漿干擾和流動噪聲││₪，提高感測器輸出訊號的信噪比▩·。綜上所述││₪，要保證腐蝕性汙水流量計的零點穩定性││₪，最好採用低頻矩形波勵磁；為了能較準確地測量液固兩相導電性流體和低導電率流體的流量││₪，又必須採用較高頻率的矩形波勵磁▩·。採用圖1所示的雙頻矩形波勵磁的方法是最佳方案▩·。
1.2.3雙頻矩形波勵磁工作及抗干擾原理在腐蝕性汙水流量計測量管內形成含有兩個頻率分量的電磁場▩╃•：高頻勵磁分量不受液體干擾的影響││₪，而低頻勵磁分量則有著極好的零點穩定性││₪，根據高✘↟、低頻定時檢測到的各分量訊號經過計算││₪，便可得到流量訊號▩·。
雙頻矩形波勵磁測量原理如圖l所示││₪，一個由高低頻分量迭加而成的電磁場透過勵磁線圈被施加到被測液體中││₪，勵磁波形是在一個低頻矩形波上迭加一個高於市電頻率的矩形波而得到的波形▩·。在產生的電動勢中││₪，低頻分量透過一個大時間常數的積分電路獲得一個零點穩定性好的平穩流量訊號▩·。而由漿液或低電導率流體產生的低頻噪聲可被不受噪聲影響的高頻取樣電路所抑制││₪，有著同樣時間常數的流量訊號經過一個差分電路以確定流速訊號的變化││₪，把這兩種不同頻率取樣所得的訊號結合起來可獲得一個穩定流速訊號││₪，該訊號不受噪聲干擾││₪，且有較高的零點穩定性▩·。

1.3電源干擾噪聲特點及腐蝕性汙水流量計抗干擾技術

腐蝕性汙水流量計一般都採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給腐蝕性汙水流量計帶來電源性干擾噪聲▩·。對電源電壓的幅值變化││₪，因採用多級整合穩壓││₪，一般而言電源電壓的幅值變化對電磁流量的測量精度影響不大▩·。當電源電壓的頻率波動時││₪，雖然其波動範圍有限││₪，但對腐蝕性汙水流量計測量精度影響較大▩·。為了解決工頻干擾問題││₪，實現對流體流速感應電勢e柚訊號的準確測量││₪，需利用以下基本關係▩╃•：①勵磁週期為工頻週期的整數倍││₪，即勵磁頻率為50／nHz(n為偶數)；②正負勵磁下的同相位取樣▩·。圖2是對應低頻矩形波勵磁形式下的典型電勢訊號形式││₪，按上述關係在一個勵磁週期下││₪，若假設t▩·。和t▩╃•：點為工頻干擾的等效干擾點││₪，且取樣寬度T=T1=T2││₪，則e –ab的基本算式為▩╃•：││₪，

式(4)從理論上說明腐蝕性汙水流量計的工頻干擾有可克服的途徑││₪，即同步取樣技術││₪，其方法是以同相位(t1=t2)✘↟、同寬度取樣(T1=T2=T)為前提的││₪，取樣頻率要選為工頻週期的整數倍▩·。這樣即使混有干擾訊號││₪，因其取樣時間為完整的工頻週期││₪，其平均值也為零││₪，干擾電壓不起作用▩·。
2✘↟、腐蝕性汙水流量計選型
2.1腐蝕性汙水流量計選型的一般原則H1
(1)被測介質是否為導電液體或漿液││₪，由此決定是否選用腐蝕性汙水流量計；
(2)被測介質的電導率決定腐蝕性汙水流量計的型別——是高電導率還是低電導率；
(3)工藝要求的最大✘↟、最小和常用流量工藝管道的公稱通徑││₪，決定介質的流速是否處在較經濟的流速點上││₪，管道是否需要變徑││₪，最後確定流量計的口徑；1
(4)以工藝管道的佈置情況││₪，來確定採用一體型還是分體型流量計││₪，以及流量計的防護等級等；
(5)根據被測介質是否易結晶✘↟、結疤來選擇電極型式；
(6)根據被測介質的腐蝕性來選擇電極材料；
(7)被測介質的腐蝕性.磨損性及溫度來決定採用何種襯裡材料；
(8)被測介質的最高工作壓力決定流量計的公稱壓力；
(9)工藝管道的絕緣性決定接地環的型式▩·。
2.2根據腐蝕性汙水流量計勵磁方式的的特點選型
(1)直流勵磁型
這種腐蝕性汙水流量計數量很少││₪，只用於測量液態金屬流量││₪，如常溫下的汞和高溫下的液態鈉✘↟、鉀等▩·。
(2)交流工頻勵磁型
較早期的腐蝕性汙水流量計用50Hz工頻市電勵磁││₪，由於易受電磁干擾和零點漂移等原因││₪，現已逐漸被低頻矩形勵磁所代替▩·。但在測量泥漿✘↟、礦漿等液固兩相流時││₪，低頻矩形波勵磁方式不能克服固體擦過電極表面產生的尖峰噪聲││₪，而工頻交流勵磁的儀表則不存在這一缺點││₪，所以國內外尚有一些腐蝕性汙水流量計仍採用交流工頻勵磁方式▩·。
(3)低頻矩形波勵磁型1.·
由於低頻矩形波勵磁方式功耗小││₪，零點穩定性好││₪，所以它是目前腐蝕性汙水流量計的主要勵磁方式▩·。其波形有“正一負”二值和“正一零一負一零”三值兩種▩·。有的腐蝕性汙水流量計勵磁頻率可以由使用者設定││₪，一般小口徑儀表用較高頻率││₪，大口徑儀表用較低頻率▩·。
(4)雙頻勵磁型
勵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磁存在的漿液噪聲和流動噪聲││₪，提高儀表的穩定性和響應特性││₪，因此廣泛用於製漿造紙及汙水處理等行業▩·。

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