气体流量计中干扰的产生及抑制问题的研究

　　1 引言

　　在超声波气体流量计的研制中, 我们选用小型继电器作为控制部件, 由于其频繁动作, 在吸合瞬间对外部环境造成的电磁干扰比较大, 而气体流量计是对毫伏级的小信号进行放大, 经过单片机处理之后来控制继电器的闭合, 从而实现流量的准确测量。因此只要放大器的输入端信号有微小的变化, 都将引起较大的误差, 导致测量不准。人机对话界面液晶模块的选用引入了另一个对干扰能量敏感的接受单元。本文针对气体流量计研制中出现的电磁干扰现象, 分析了产生电磁干扰的原因, 提出了一套行之有效的解决方案。该方法对以继电器为弱电控制强电部件的各类微弱信号检测与控制仪器也同样适用。

　　2 气体流量计中干扰产生的原因分析

　　在任何系统中, 形成电磁干扰需要具备三个条件: 干扰源的存在; 对干扰源产生的干扰能量敏感的接受单元; 耦合通道。

　　2.1 干扰源

　　系统中的干扰源主要有: 继电器干扰等。继电器干扰的产生原因分析:继电器的干扰主要来自衔铁中电流的两次突变和触点断合瞬间产生的电弧。继电器是由一个或若干个线圈及铁芯、磁轭、衔铁、触点等构成。当电磁继电器线圈上电时, 由于线圈的电感性, 使得其中的电流不能突变, 在电源接通的瞬间, 电流不能立即从 0 跃变为工作电流, 而是按(1) 式的规律上升, 上升的快慢取决于线圈的电感L 和电阻R。

　　式中i_L(t)- 为线圈中的电流

　　R———为线圈电阻

　　U———为线圈两端的电压

　　τ=L/R———时间常数

　　当线圈两端加有电压时, 电磁铁回路中产生密集的磁通, 该磁通作用于衔铁, 使衔铁受到电磁吸力而产生位移, 衔铁受到的电磁吸力F_am由(2)式计算

　　由继电器的简易模型图1 知, 电磁继电器磁路由电磁铁心, 衔铁和气隙组成。磁阻R_m3, 继电器吸合过程中只有气隙的磁路长度改变, 即R_m1, R_m2为常数

　　u_a———气隙磁导系数

　　S_a———磁路截面积

　　所以可推出

　　由式(1), (2), (3), (4)可知, 衔铁在继电器吸合过程中所受到的电磁吸力是随着电流的变化而变化的。励磁电路电压平衡方程式:

　　式中m———衔铁的质量

　　x———衔铁的行程

　　k₁———线性的摩擦系数

　　D₁———反作用弹簧的力

　　F_am(t)———电磁吸力

　　C₀=3JE/L³———簧片刚度

　　J———动静触头簧片的横截面惯性力矩