抗干扰技术在智能电磁流量计中的应用

　　0　引言

　　电磁流量计由于其可靠性高、耐腐蚀性强、测量精度高、容易变更测量范围等特点,目前在石油、化工、冶金、造纸等行业得到了广泛的应用;特别是在能源短缺的今天,电磁流量计的发展为资源的科学管理提供了重要的基础技术支持。然而,科学技术的迅速发展对电磁流量计提出了更高、更新的要求,尤其是在流量测量的精确度和稳定性方面。电磁流量计中干扰信号与流量信号混合在一起,不仅成分复杂而且有的干扰信号数量级与流量信号相当,此外噪声进入微处理器可能造成系统运行异常,在这种情况下,如何抑制干扰成为研制和使用电磁流量计的一项关键技术。

　　1　电磁流量计中噪声的产生机理及对策

　　电磁流量计工作原理基于法拉第电磁感应定律,通过测量导电流体在磁场中的感应电动势来推算流体流量。励磁磁场、感应电动势采集电极、信号运算放大电路以及模数转换器都容易受到工作现场的电场和磁场辐射耦合,因此电磁耦合是流量测量中最主要的干扰方式;其次被测液体的电化学反应和泥浆干扰是流量测量的另一噪声来源。

　　1.1　微分干扰产生机理及对策

　　在现行的电磁流量计设计中,低频矩形波励磁方式结合了直流励磁和交流励磁两者的优点,成为主要励磁方式之一。在低频励磁方式下,其干扰主要表现为:由励磁电流突变产生的微分干扰信号[1]。理想励磁磁场信号为低频矩形波,实际上随着励磁电流变化(dI/dt)在磁场上产生微分干扰信号,随着电流的稳定,干扰信号随之消失,因此同步采样技术可以有效抑制微分干扰信号。实际设计中,模数转化器使用AD公司的24位Sigma Delta模数转化器AD7714。AD7714可以分别采用硬件和软件方式进行采样开始时间控制,从而实现同步采样。采用软件方式时,当控制寄存器中FSYNC位为逻辑1时,模数转换器处于复位状态;向该位写逻辑0时,器件开始采样输入信号。在应用中,低频励磁信号由MSP430单片机内部定时器产生,同时产生采样信号。如图1所示,采样开始时间滞后励磁信号1/4个周期。

　　1.2　工频串模干扰产生机理及对策

　　在电磁流量计的工作现场存在大量工频信号,叠加在励磁回路、电极、前端放大器的工频干扰噪声对流量的准确测量造成极大影响。其中辐射耦合到励磁回路的工频辐射磁场(包括其谐波)造成励磁磁场波动,影响流量测量。当流体流速较小时,工频干扰信号与有效流量信号在同一数量级,严重影响测量结果。已知工频耦合噪声基波频率为50 Hz,因此可以采用模拟或数字滤波器使滤波器带宽限制在50Hz以内以抑制噪声。在实际应用中使用Sigma Delta模数转换器AD7714内部包含的数字滤波模块,数字滤波器相对模拟滤波器除具有灵活性高、参数设置方便等特点之外,还可以降低A/D转换期间引入的噪声。