電容式電磁流量計怎么去噪？

時間：2013-01-15

電磁流量計是利用法拉*電磁感應(yīng)定律制作的流量計，在實際研發(fā)中會遇到許多噪聲問題。其每個組成部分可能引入的噪聲，這些噪聲以不同的形式和方式進入測量系統(tǒng)，成為提高信噪比和測量精度的障礙。

以往的電磁流量計的電極部分是以金屬導(dǎo)體的形式與被測液體產(chǎn)生接觸的，被測流體流動時與電極部分產(chǎn)生碰撞形成不規(guī)則的雜散噪聲。使用電容式電磁流量計，電極部分不與被測流體直接接觸而是透過管壁與流體的感應(yīng)電動勢產(chǎn)生感應(yīng)。

使用導(dǎo)電片為電極附著在測量管道外形成電容式電極，進而管道內(nèi)表面無任何其他物質(zhì)，被測流體在管體內(nèi)暢通無阻，沒有雜散噪聲產(chǎn)生。

1、正交/同相干擾

又稱為微分干擾，是變化的勵磁磁場通過被測流體、傳感器、轉(zhuǎn)換器和信號放大器組成的回路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此現(xiàn)象被稱為“變壓器效應(yīng)”。

為減小正交干擾的幅值需要在制作工藝上下功夫，形成的回路盡量同勵磁磁場平行，進而較大程度的消除正交干擾。因為正交干擾與同相干擾是不隨流量而變化的，也可用初值相減的方法去除。

2、勵磁電場干擾

由于流量信號很微弱且敏感，易受外部影響，所以離它很近的勵磁線圈所產(chǎn)生的勵磁電場就成為影響流量信號精度的致命因素，其產(chǎn)生的與勵磁電流同形式的電場輻射對傳感器部分形成很大的干擾信號，能將流量信號*湮沒。

解決方法是對傳感器部分及輸出線部分進行整體的接地屏蔽，屏蔽層需*包裹傳感器部分，使屏蔽層內(nèi)成為一個等勢體。因為電極部分獲得的流量信號很微弱，其獲得的電壓容易經(jīng)分布電容泄漏，所以需在此傳輸線上加反饋屏蔽。

3、工頻干擾

此干擾來源之一是外部電場，主要是工頻電場以串模耦合形式通過被測流體等外部媒介進入系統(tǒng)內(nèi)部，其次是系統(tǒng)供電電源和勵磁信號引入的工頻形式的干擾，此工頻干擾的特點是幅值遠大于流量信號且無處不在并隨工作現(xiàn)場的不同其形式如頻率、幅值也有所變化。

消除其串模干擾的方法是將被測流體良好接地，使此工頻信號成為整個系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓，整個系統(tǒng)的零電位隨串模信號的變化而變化，但其內(nèi)部的電壓是不隨其變化的。再就是窄帶濾波，去除信號處理板引入的工頻噪聲。

4、共模/差模干擾

外部干擾電場耦合進入傳輸線部分，具有混合有共模和差模形式的干擾，此干擾具有不確定性，隨時間地點的不同而變化。去除方法是將傳感器與放大電路的長連接線以雙絞線的方式纏繞，從而減小回路面積以降低差模形式的感應(yīng)電壓。由于傳輸線間很接近，使得每纏繞兩圈分別獲得的容性耦合干擾大小相等而極性相反，進而消除了整根雙絞線引入的差模干擾，在后期的放大電路中使用運算放大器進行差動放大消除共模干擾。

5、串模干擾

通過地線等途徑提高或降低基準(zhǔn)電勢，使系統(tǒng)的工作電壓不穩(wěn)定。解決辦法是像去除共模干擾的方法一樣將傳感器與放大電路的長連接線以雙絞線的方式纏繞并在接收放大器端增加一個差分放大器，通過求差值的方法消除地線引入的干擾。

6、高低頻耦合干擾

除上面提到的頻率確定或形式確定的干擾外，還有其他的現(xiàn)場干擾進入，譬如現(xiàn)場擁有15Hz以下的低頻及1kHz以上的高頻，其干擾進入整個測量系統(tǒng)的傳輸線、導(dǎo)線等部分受到空間電場輻射，導(dǎo)致信號電壓擾動，低頻部分與處理放大后流量信號處于同一量級，它使工作信號做低頻的擾動，容易造成信號溢出，而高頻信號幅值較后期流量信號小，但仍會影響采樣值的精度。為此，我們對信號進行較高Q值的窄帶濾波，使用二階壓控型有源帶通濾波器作為濾波單元。

在研發(fā)過程中遇到的各種噪聲情況，當(dāng)然電容式電磁流量計所涉及的噪聲方面不僅如此，運放的量化誤差、采樣時的量化誤差對測量精度都有影響，還需要對采樣后的數(shù)據(jù)進行線性化等處理并通過控制器對流量結(jié)果進行控制、顯示。傳感器部分的形狀、結(jié)構(gòu)和工藝及管體部分材料也需要引起足夠的重視。

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