降低分体式污水流量计的外部电磁干扰及电磁兼容性分析

分体式污水流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应原理，工业生产中电力设施和电气设备较多，必然会或多或少地影响分体式污水流量计的电磁感应，可能会严重影响分体式污水流量计的准确测量。根据经验，分体式污水流量计的干扰源主要来自工频电磁干扰、流体电化学干扰噪声和电源干扰噪声。目前，分体式污水流量计主要采用低频或双频矩形波激励技术、同步采样技术、输入保护和接地技术来减少干扰。实际应用表明，这些技术具有较好的抗干扰效果。有效降低外界环境对分体式污水流量计的干扰，保证流量计的稳定和准确测量是一项非常重要的工作。介绍了利用面板和智能终端设置和配置分体式污水流量计参数的方法，以及提高分体式污水流量计电磁兼容性的技术。

分体式污水流量计的测量过程不受被测介质的温度、粘度、密度等因素的影响。它具有测量速度快、精度高、测量孔径宽、输出线性度好、不与被测介质接触、耐腐蚀、耐磨损、流体压力损失小等优点，因此被广泛应用于造纸厂纸浆、添加剂、水等流体的测量。然而，分体式污水流量计也有其缺点。传感器的输出感应电动势很小，容易受到外界电磁干扰。如何提高分体式污水流量计的电磁兼容性，使其在恶劣的电磁环境下正常工作，是分体式污水流量计设计中必须考虑的问题。本文以LD系列分体式污水流量计为例，结合编辑的工程实践，介绍了分体式污水流量计的使用方法，并对其电磁兼容性进行了分析。

1分体式污水流量计的工作原理

分体式污水流量计的工作是基于电磁感应定律，即导体在电磁场中运动，运动方向垂直于电磁场时，会产生感应电动势，感应电动势的方向垂直于导体运动和电磁场运动的方向，感应电动势的大小与导体的运动速度和磁场的磁感应强度成正比。当导电流体以平均流速y (m/s)通过内径D(m)的管道时，如果管道中存在磁感应强度为(t)的磁场，则可产生垂直于磁场方向和流体流动方向的电动势e:

E=DVB(V)(1)

体积流量q为：

Q=，rrD2V/4(m’/s)(2)

将式(2)代入式(1)，加工得到：

E=(4B/，rrO)Q(V)(3)

如果jun和d是常数，从公式(3)可以看出e与q成正比，电磁流量转换器将电动势层放大转换成标准的4-20mA信号或脉冲信号，作为相应的流量信号输出。

2分体式污水流量计的参数设置方法及配置

流量计的参数有两种设置(配置)方式，一种是使用显示面板上的按钮，另一种是使用手持智能终端。

2.1使用面板设置参数

ADMAGAE系列分体式污水流量计面板上常用的符号有：

(1)正常工作时RED不亮，有报警时闪烁；

(2)定义者用冒号“:”表示显示数据处于待设置状态；

(3)单位显示显示流量单位；

(4)显示数据显示流量数据、设置数据和报警的类型；

(5)小数点表示数据中的小数点；

(6)设置键这些键用于改变数据显示和设置数据类型。数据显示有三种：流量数据显示模式、设置模式和报警显示模式。

2.1.1流量数据显示模式，

流量数据显示模式显示瞬时流量值和累计流量值，ADMAGAE可显示12种流量数据。进入流量显示模式，并

当报警发生时，报警模式将代替当前模式显示报警类型，但这仅发生在当前流量显示模式或设置模式中参数编号改变时(当数据项正在进行时，不显示报警)。

2.2蓝牙智能终端设置

具有智能通信功能的仪器可以与智能终端进行通信。横河的智能终端有BTl00、BT200等型号，简称BT智能终端。他们使用BRAIN协议，将4-2mA和2.4kHz的调制信号添加到4-20 mA的模拟信号中进行信号传输。由于调制信号是交流信号，叠加不会影响模拟信号的值。

BT智能终端与流量计的连接方式有两种：一是直接与流量计端盖下的BT终端连接，适用于现场调试或没有智能通讯功能的流量计；第二，它与4-20mA DC信号线相连。BT智能终端可以连接在从控制柜到流量计信号线的任何地方，最大距离为2km。只要整个电路的负载电阻在250—750之间，就能可靠通信。这样，操作人员不用去现场，就可以在控制室在线设置和监控流量计，这是最常用的方式。BT智能终端采用菜单操作，可以随时显示和修改污水流量计的各种参数。其基本操作包括流量计自检、量程调整、显示模式设置、报警设置等。

2.3污水流量计的数据设置和配置

污水流量计根据流体流量对应的微电动势计算体积流量，输出4 ~ 20mA信号。为了获得正确的信号，需要设置三个参数，即直径、流量范围和仪器系数。在这三个参数中，直径和仪器系数是在仪器出厂前很久就设置好的，所以用户无法设置这两个参数。用户还可以在仪器出厂前设置流量范围，该设置只有在用户要求改变范围时才能复位。

3电磁兼容性分析

污水流量计的工作是基于电磁感应定律，与被测流量成正比的感应电动势通常很小，极易受到外界电磁干扰，而污水流量计本身产生的电磁干扰很小，所以污水流量计的电磁兼容性主要体现在它在恶劣的电磁环境下如何正常工作。在恶劣的电磁环境下，电磁耦合静电感应是分体式污水流量计干扰噪声的主要来源；被测流体介质特性引起的电化学干扰噪声是污水流量计干扰噪声的第二大来源。污水流量计电源电压、频率波动等功率干扰噪声是污水流量计干扰噪声的第三大来源。为了满足仪表的电磁兼容要求，智能分体式污水流量计采用硬件和软件抗干扰技术，提高了分体式污水流量计的抗干扰能力。

3.1 分体式污水流量计工频干扰噪声的特点及抗干扰技术dn 200分体式污水流量计的励磁绕组与流体、电极、放大器的输入电路之间的电磁耦合首先形成工频干扰噪声；其次，是电磁流汁工作场所的工频共模干扰；第三，电源等引入的工频串行方式干扰。其物理机制是电磁感应原理。

分体式污水流量计的励磁绕组与流体、电极和放大器输入电路之间的电磁耦合产生的工频干扰对分体式污水流量计的运行影响最大。而且在不同的励磁技术下，其性能形式和特点也不同，所以抗干扰措施也不同。在工频正弦波的激励磁场下，这种电磁耦合工频干扰噪声采取正交干扰的形式，也称为变压器电势。其特点是干扰噪声的幅度与工频正弦波的激励频率成正比，相位滞后于有效值

共模干扰和串模干扰主要由电磁屏蔽缺陷、分布电容耦合、分体式污水流量计接地不良等引起。分体式污水流量计采用输入保护技术、高输入阻抗、高共模抑制比自举前置放大器技术和重复接地技术，提高其抗工频干扰能力。ADMAGAE系列分体式污水流量计配有接地环，用于与液体接触建立液体接地，保证参考电位与被测液体相同，保护流量计内衬。

3.2 dn 200分体式污水流量计电化学干扰噪声特性及抗干扰技术

3.2.1电化学干扰噪声的特征

(1)电化学极化电位干扰是由于电极感应电动势的极性不同，导致电极表面电解液的极化而引起的。虽然采用正负交变激励磁场可以显著降低极化电位的大小，但不能从根本上完全消除极化电位的干扰。

(2)泥浆干扰是指测量液固两相导电流体流量时，固体颗粒或气泡擦电极表面时，电极表面接触电化学电位突然变化，电磁流量传感器输出信号出现尖峰干扰噪声。

(3)流体流动噪声是指在测量低电导率液体(100 ixs/cm以下)流速时，电极的电化学电位周期性波动，产生频率随流速增加而增加的随机干扰噪声，具有类似于泥浆干扰的1/f频谱特性。

3 . 2 . 2 分体式污水流量计的抗电化学干扰技术

低频矩形波激励和双频激励技术是分体式污水流量计提高抗电化学干扰能力的主要措施。低频矩形波激励不仅具有DC激励技术不产生涡流效应和变压器效应(正交干扰)的特点，而且具有工频正弦波激励基本不产生极化效应的优点，便于放大信号处理，可以避免直流放大器的零点漂移、噪声和稳定性问题，抗干扰性能好。

虽然低频矩形波激励有很好的零稳定性。然而，在测量含有纤维和固体颗粒的液固两相导电流体(如泥浆和纸浆)的流量时，泥浆干扰和流体噪声干扰是无法克服的。研究分析表明，泥浆干扰和流动噪声具有1/f频谱特性。低频时振幅大，高频时振幅小，采用高频矩形波激励可以大大降低泥浆干扰的幅度。因此，提高激励频率有助于降低泥浆干扰和流动噪声，提高传感器输出信号的信噪比。综上所述，为保证分体式污水流量计的零稳定性，最好采用低频矩形波激励；为了准确测量液固两相导电流体和低导电流体的流量，必须采用较高频率的矩形波激励。图1所示的双频矩形波激励方法是最佳方案。

3.2.3双频矩形波激励和抗干扰原理在分体式污水流量计的测量管内形成两个频率分量的电磁场：高频激励分量不受液体干扰的影响，低频激励分量具有优良的零点稳定性。流量信号可以根据高低频定时检测到的各分量信号计算得到。

双频矩形波激励测量原理如图1所示，通过激励线圈向被测液体施加一个由高低频分量叠加而成的电磁场。激励波形是通过将高于商用电源频率的矩形波叠加在低频矩形波上而获得的波形。在产生的电动势中，低频分量通过一个时间常数大的积分电路，得到一个稳定性好的流量信号

分体式污水流量计一般采用工频交流电源供电，电源电压幅值和频率的变化会给分体式污水流量计带来电源干扰噪声。一般来说，由于多级积分稳压，电源电压的幅值变化对电磁流量的测量精度影响不大。当电源电压频率波动时，虽然其波动范围有限，但对分体式污水流量计的测量精度有很大影响。为了解决工频干扰问题，实现流体速度感应电势e pomelo信号的精确测量，应采用以下基本关系：激励周期为工频周期的整数倍，即激励频率为50/nhz (n为偶数)；正负激励下同相采样。图2是对应于低频矩形波激励形式的典型电位信号形式。根据上述关系，如果在激励周期中假设t。且T:点为工频干扰的等效干扰点，采样宽度T=T1=T2，则eab的基本公式为：

方程(4)从理论上说明，有一种方法可以克服分体式污水流量计的工频干扰，即同步采样技术，它是以同相(t1=t2)同宽(T1=T2=T)采样为前提，采样频率应选择为工频周期的整数倍。这样，即使干扰信号混合，由于其采样时间是一个完整的工频周期，其平均值为零，干扰电压不工作。

4分体式污水流量计的选择

4.1 dn 200分体式污水流量计选用H1的一般原则

(1)被测介质是导电液体还是泥浆，从而决定是否选用分体式污水流量计；

(2)被测介质的电导率决定了dn200分流式污水流量计的——型是高电导率还是低电导率；

(3)工艺所需的最大、最小和常用流量工艺管道的公称直径决定了介质的流量是否处于经济流量点，管道是否需要更换，最终决定了流量计的直径；一个

(4)根据工艺管道的布置，确定采用集成流量计还是分离流量计，流量计的保护等级等。

(5)根据被测介质是否容易结晶结疤来选择电极类型；

(6)根据被测介质的腐蚀性选择电极材料；

(7)被测介质的腐蚀性、耐磨性和温度决定使用哪种衬里材料；

(8)被测介质的最高工作压力决定了流量计的标称压力；

(9)工艺管道的绝缘决定了接地环的类型。

4.2根据分体式污水流量计的励磁方式特点。

(1) DC激发型

分体式污水流量计很少，仅用于测量液态金属的流量，如常温下的汞和高温下的液态钠、钾。

(2)交流工频励磁型

早期的分体式污水流量计采用50Hz市电激励，但由于电磁干扰和零点漂移，逐渐被低频矩形激励取代。但在测量泥浆、矿浆等液固两相流时，低频矩形波激励法无法克服固体摩擦电极表面产生的峰值噪声，而工频交流激励的仪器则没有这一缺点，因此国内外一些分体式污水流量计仍采用交流工频激励法。

(3)低频矩形波激励1型

低频矩形波激励是分体式污水流量计的主要激励方式，因为其功耗低，零点稳定性好。波形有两种：“正-负”和“正-101-负-10”。有些分体式污水流量计的激励频率可以由用户设置，一般小直径仪器使用较高的频率，而大直径仪器使用较低的频率。

(4)双频激励型

激励电流波形是高频矩形波对低频矩形波的叠加，主要用于克服二元矩形波激励中存在的泥浆噪声和流动噪声，提高稳定性和重现性

根据以上分析，分体式污水流量计具有测量精度高、速度快、使用方便、测量范围宽、孔径大等优点。但同时也存在测量输出信号易受工频电磁干扰、流体电化学噪声和电源频率变化影响的缺点。不同激励方式的分体式污水流量计抗干扰技术和应用范围不同。正确理解各种励磁技术的特点和不同分体式污水流量计的技术原理是正确使用分体式污水流量计的前提。
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