如何有效提升飲料流量計的精度(dù)及其測量過程中抗幹擾能力
點擊次數:2256 發(fā)布時間:2020-08-13 09:19:40
在工農生產的許多現(xiàn)場,凡是涉及到液體(tǐ)和氣體原料和成品的測量與(yǔ)計量,都要用到流量計,流量計的(de)種類(lèi)有很多種,每一種類型的流量計又可以分出很多種型號,飲料流量計就是(shì)其(qí)中使用量*廣的流量計種類之一(yī)。無論是對(duì)於生產過程的控製還是對於貿易環節的結算,流量測量都非常的重要,流量計測量(liàng)的精確(què)度直接(jiē)關係到生產質量和經濟效益,在某(mǒu)些用量巨大的環節(jiē),由於測量誤(wù)差的失控,可能會嚴重影響到產(chǎn)品質量的好壞甚(shèn)至是威脅(xié)到人身安全,在結算環節的(de)誤差則有可能導致生(shēng)產質量的巨大的(de)經濟損失 。因此流量測量的精確度的高低絕不是一(yī)件小事。
伴隨著國內科技和經濟的持續進步與發展,飲料流量計在工(gōng)農業、供(gòng)水、消(xiāo)防等(děng)許多領域得到了廣泛的應用。飲料流量計的特點在(zài)於其具備**的可(kě)靠性和適應性,能夠做到良好的耐腐蝕(shí)性。*近幾年,對於飲料流量計製造與應用中(zhōng)的新技術仍然處於不斷探索過程中,對於流量計的(de)精確度和穩定性(xìng)也有了更好的要求。能(néng)夠影響(xiǎng)飲料流量計精度的因素有很多,但隻要明確了主要的幹擾因素,就能夠有針對性地利用軟硬件(jiàn)技術(shù)來降低幹擾(rǎo)因(yīn)素對測量精度的影響,有效提(tí)升(shēng)飲料流量計工作的可靠(kào)性。
1 基本原理介紹
飲料流量計是以法拉(lā)*電磁(cí)感應定律為理論基(jī)礎而隨著我(wǒ)國科學技(jì)術和經濟的不(bú)斷發展與進步,飲料流量計(jì)在我國的工業、技術檢測和管(guǎn)理等(děng)很多領域得到了廣泛的使用,飲料流(liú)量計具有良好的耐腐蝕性,並具備可靠性高、適應性強的特點。近年來,各個(gè)領(lǐng)域在不斷探索新技術的同時,對飲料流量計的精確程度和穩定性也提出了更高的要求。能夠影響飲料流量計精度的因素(sù)有很多,但隻要明確了主要的幹擾因素,就能夠有針(zhēn)對性地利用軟硬件技術來降低幹擾因素對測量精(jīng)度(dù)的影響,有效提升飲料流量計工作的可靠性。

2 飲料(liào)流量計精度影響(xiǎng)因素分析
飲料流(liú)量計的幹擾信號有很多,這些幹擾信號會和實際的流量信號相混合,產生一種(zhǒng)十分複雜的數(shù)據處理情況。因(yīn)此,要提高飲料流量計對液體的測量精確度,就必須對這些幹擾信號產生的原因進行(háng)分析與(yǔ)總結,以便有針對性地采取抗幹擾措(cuò)施,飲料流量計的常見影響因素如下。
2. 1 正交幹(gàn)擾飲料流量計(jì)的磁路係統包含有兩個勵磁(cí)線圈,而導管內的(de)液體與傳感器電*及轉換器結構組成了一(yī)個閉合的回路,如圖2 所(suǒ)示。理論情況下,磁力線(xiàn)( 圖中B) 應與閉合(hé)回路相平行,但是由於裝配過程(chéng)中的誤差(chà),導致磁力(lì)線不可(kě)能完全平行於這一閉合回路,出現(xiàn)部分磁力線成一定角度穿過回路(lù)的現象,這引起了即使沒有液體流動(dòng)的情況下,傳感器(qì)的電*上也會產生感應電動勢,就形成了(le)正交幹擾的基本(běn)形式。
當磁力線圈中的電流發生變化時,由於傳感器電*的作用,在磁場發生轉變的過程中,兩個電(diàn)*所形成的閉(bì)合回路會產生相反(fǎn)的感應電壓,當磁場再次發生(shēng)變化時,傳感器的電磁回路又會再次產生相反的感(gǎn)應電壓。由於磁力線圈磁場(chǎng)的變(biàn)化總是由一個穩定狀態(tài)向另一個穩定狀態進(jìn)行轉變,再由此(cǐ)狀態轉變為原狀態,因此,所引起的電*反向感應電壓也具有相似的特質(zhì),說明正(zhèng)交幹擾的產生隻與磁力線圈的磁場變化有關(guān),與實(shí)際被測的液體流量無關(guān)。因此,磁(cí)力線圈的勵(lì)磁頻率(lǜ)是正交幹擾強弱的主要影響因素。

2. 2 同相幹擾
在電(diàn)磁流量(liàng)傳感器中,部分主磁通會在流體內部形成正交幹擾的閉合(hé)渦電流,由於交變電流的產生會導致出現交(jiāo)變磁場,而引起與之正交相連的二次磁通產生,同時因二次(cì)磁通的(de)影(yǐng)響,又會引起與二次磁通(tōng)正交(jiāo)相連的渦電流產生,這就是同(tóng)向幹擾(rǎo)產生的(de)主要原因。下式是由正交幹擾公式經過微分得到的同向幹擾公式,通過公示可知,同相幹擾與流量(liàng)信號相位相同,大小與流(liú)量無關,因(yīn)此很難將(jiāng)同向(xiàng)幹擾產生的信號與流量信號進行分離(lí),隻能通過減少磁路係統的勵磁頻率來降低(dī)同向幹擾信號(hào)的影響(xiǎng)。
er = ω2Bm sinωt = (2πf)2Bm sinωt
式中:er
為同相幹(gàn)擾電壓;f 為為勵磁(cí)頻率;ω 和t 為常量(liàng)。
2. 3 串模(mó)幹(gàn)擾與共模幹(gàn)擾
串模(mó)幹擾是在單端信號輸入的同時,還有多種幹擾信號與其疊加在一起成為(wéi)前置放大器的(de)輸(shū)入信號。若幹擾信號過大(dà),容易導致放大器飽和而無法正常工作。當設備存在漏磁(cí)問題時,也會在周圍形成很強的交變(biàn)磁場,從而會(huì)引起串(chuàn)模幹擾的形成(chéng)。為了降低串模幹擾產生的影響,現階段的流量傳感器通常將“零阻值”的被(bèi)測流體作為(wéi)轉換放(fàng)大器的接地(dì)端,而傳感器的兩個電*作為放大器的輸入端,這就很好的抑製了幅度相等(děng)和*性相同的串模幹擾。共模幹擾主要是(shì)由於靜電幹擾引起的,一般情(qíng)況下,共模幹擾不會直接影響(xiǎng)測量的結果,但是(shì)若轉換(huàn)放大器的輸入參數存在不(bú)對稱問題時,共模(mó)幹擾就會轉變為串模幹擾來影響(xiǎng)*終的測量結果,將電解質與金屬材料圈和電*進行屏蔽(bì)能夠(gòu)有效地(dì)降低共模幹擾的(de)影響。
2. 4 直流幹擾
在被測液體與(yǔ)電*和接液部件接觸過程中,電解質(zhì)中的正負離子會分(fèn)別作(zuò)定向運動,這會(huì)使被測液體在電*和接液部件之間形成電位差,通常將這種(zhǒng)現象稱為*化現象。如圖3 所示,理(lǐ)論上來說,兩電(diàn)*A 和B 對接液部件的電位e1、e2大小相等、方向相反,此時兩電*的電(diàn)位差等於(yú)零。但是,若兩電*的材質或表麵狀態存在差異(yì),此時A、B 電*之間的電(diàn)位差就不為零,這就(jiù)形(xíng)成(chéng)了*化電壓,*化電壓與共模狀態的電壓(yā)e3一起疊加在流(liú)量(liàng)信號中,被輸入轉換器的差動(dòng)放大器。當(dāng)*化(huà)電壓過(guò)大,則會對差動放大器的輸入端造成較大影響,導致信(xìn)號無法放大或流量信號的輸出波(bō)動(dòng)過大,從而降(jiàng)低了飲料流量計的測量精度。

3 飲料流量計的抗幹擾方(fāng)式
由於飲料流量計測量精度的幹(gàn)擾因素很多,且飲料流量計的工作(zuò)條件通常也比較惡劣,飲料流量計的測量準確程度除受到係統內部產生的信號幹擾(rǎo)外,還會不可避(bì)免的受到多種環境因素的影響,飲料(liào)流量計(jì)測量的誤差,會給生產帶來重大的經濟損失。因此,提(tí)升流量計的可靠性與測量精度,減少(shǎo)幹擾對測量值的影響程度,是飲料流量計發展必須要做的(de)工(gōng)作(zuò)。
3. 1 硬(yìng)件抗幹擾技術
(1)電源端所產(chǎn)生的幹擾是電子產品較為常見的精度幹擾因素,由於這(zhè)種幹擾無法完全被去除,隻能通過減小(xiǎo)幹擾脈衝的幅度來降低其影響。在實(shí)際工作中常采用在交流進線端串接(jiē)入低通(tōng)LC 濾波器的方式來實現,這種方(fāng)法在實際的工作中產生了顯著地效果。
(2)傳輸電纜所產生的雜散(sàn)電磁場會通過感應和輻射的方式進入信道而產生幹擾,利(lì)用雙芯屏蔽電纜(lǎn)能夠實現較長線路傳輸的抗幹擾功能。對於(yú)環境更(gèng)為惡劣的情況,為提高抗幹擾(rǎo)能(néng)力,可采用光電隔離方式將係統控製部分與I /O 口部分分開,並采用雙電源供電來降低幹擾產生的精度影響。
(3)除了有針對性的抵抗幹擾之外,還可以采取增(zēng)加硬件的方式提升係統的(de)整體抗幹擾能力。例如:選擇和使用抗幹擾能(néng)力強的單(dān)片機;使用硬件看門(mén)狗電路;使用電壓檢測電路;盡可能使用單片(piàn)機的內部程序存儲器和內(nèi)部數(shù)據存儲器等。
3. 2 軟件抗幹擾技術
(1)通過在係統程序的(de)關鍵位置插入部分單字節指令或將(jiāng)單(dān)字節指令進行重寫,從而達到(dào)恢複“跑(pǎo)飛”程序的目的,這種(zhǒng)方(fāng)法稱之為指令冗餘。指令冗餘的主要方法包括以(yǐ)下兩點:一是在雙字節指令和3 字節指令之後插入兩個單(dān)字節**P 指令,以保證其後的指令不被拆散。二(èr)是對於程序流向起決定作用的指令和某些對係(xì)統工作狀態有重要(yào)作用的指令的後麵,可重複寫上這些指令,以確保(bǎo)這(zhè)些指(zhǐ)令的正(zhèng)確執行。
(2)若“跑(pǎo)飛”程序進入非(fēi)程序區或者表格區時(shí),指令(lìng)冗餘則無法起到抗幹擾的目的,此時可采用(yòng)設置(zhì)軟件陷阱對“跑飛”程序進行攔截,軟(ruǎn)件陷阱能將“跑飛”程序引向某一(yī)位置,再通過編製的程序對“跑飛(fēi)”程(chéng)序進行(háng)恢複。
(3)某些程(chéng)序(xù)被幹擾後容易陷入死循環模式,通過程序監視技(jì)術,能夠及時發(fā)現運行超時的程序,並采用相應的方式使程序複位,保證程序的正常運行。
4 結語
總之,在保證飲料(liào)流量(liàng)計基本使用功能的(de)前(qián)提(tí)下,通過對現階段(duàn)技術的影響因素進行分析,就能夠有針對性地降低幹擾對測量結果產生的影響,從而保證飲料流量計工作過程的可靠性,避免因(yīn)測(cè)量(liàng)不準(zhǔn)確而導致的(de)經濟損失和事故發生。
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伴隨著國內科技和經濟的持續進步與發展,飲料流量計在工(gōng)農業、供(gòng)水、消(xiāo)防等(děng)許多領域得到了廣泛的應用。飲料流量計的特點在(zài)於其具備**的可(kě)靠性和適應性,能夠做到良好的耐腐蝕(shí)性。*近幾年,對於飲料流量計製造與應用中(zhōng)的新技術仍然處於不斷探索過程中,對於流量計的(de)精確度和穩定性(xìng)也有了更好的要求。能(néng)夠影響(xiǎng)飲料流量計精度的因素有很多,但隻要明確了主要的幹擾因素,就能夠有針對性地利用軟硬件(jiàn)技術(shù)來降低幹擾(rǎo)因(yīn)素對測量精度的影響,有效提(tí)升(shēng)飲料流量計工作的可靠(kào)性。
1 基本原理介紹
飲料流量計是以法拉(lā)*電磁(cí)感應定律為理論基(jī)礎而隨著我(wǒ)國科學技(jì)術和經濟的不(bú)斷發展與進步,飲料流量計(jì)在我國的工業、技術檢測和管(guǎn)理等(děng)很多領域得到了廣泛的使用,飲料流(liú)量計具有良好的耐腐蝕性,並具備可靠性高、適應性強的特點。近年來,各個(gè)領(lǐng)域在不斷探索新技術的同時,對飲料流量計的精確程度和穩定性也提出了更高的要求。能夠影響飲料流量計精度的因素(sù)有很多,但隻要明確了主要的幹擾因素,就能夠有針(zhēn)對性地利用軟硬件技術來降低幹擾因素對測量精(jīng)度(dù)的影響,有效提升飲料流量計工作的可靠性。

2 飲料(liào)流量計精度影響(xiǎng)因素分析
飲料流(liú)量計的幹擾信號有很多,這些幹擾信號會和實際的流量信號相混合,產生一種(zhǒng)十分複雜的數(shù)據處理情況。因(yīn)此,要提高飲料流量計對液體的測量精確度,就必須對這些幹擾信號產生的原因進行(háng)分析與(yǔ)總結,以便有針對性地采取抗幹擾措(cuò)施,飲料流量計的常見影響因素如下。
2. 1 正交幹(gàn)擾飲料流量計(jì)的磁路係統包含有兩個勵磁(cí)線圈,而導管內的(de)液體與傳感器電*及轉換器結構組成了一(yī)個閉合的回路,如圖2 所(suǒ)示。理論情況下,磁力線(xiàn)( 圖中B) 應與閉合(hé)回路相平行,但是由於裝配過程(chéng)中的誤差(chà),導致磁力(lì)線不可(kě)能完全平行於這一閉合回路,出現(xiàn)部分磁力線成一定角度穿過回路(lù)的現象,這引起了即使沒有液體流動(dòng)的情況下,傳感器(qì)的電*上也會產生感應電動勢,就形成了(le)正交幹擾的基本(běn)形式。
當磁力線圈中的電流發生變化時,由於傳感器電*的作用,在磁場發生轉變的過程中,兩個電(diàn)*所形成的閉(bì)合回路會產生相反(fǎn)的感應電壓,當磁場再次發生(shēng)變化時,傳感器的電磁回路又會再次產生相反的感(gǎn)應電壓。由於磁力線圈磁場(chǎng)的變(biàn)化總是由一個穩定狀態(tài)向另一個穩定狀態進(jìn)行轉變,再由此(cǐ)狀態轉變為原狀態,因此,所引起的電*反向感應電壓也具有相似的特質(zhì),說明正(zhèng)交幹擾的產生隻與磁力線圈的磁場變化有關(guān),與實(shí)際被測的液體流量無關(guān)。因此,磁(cí)力線圈的勵(lì)磁頻率(lǜ)是正交幹擾強弱的主要影響因素。

2. 2 同相幹擾
在電(diàn)磁流量(liàng)傳感器中,部分主磁通會在流體內部形成正交幹擾的閉合(hé)渦電流,由於交變電流的產生會導致出現交(jiāo)變磁場,而引起與之正交相連的二次磁通產生,同時因二次(cì)磁通的(de)影(yǐng)響,又會引起與二次磁通(tōng)正交(jiāo)相連的渦電流產生,這就是同(tóng)向幹擾(rǎo)產生的(de)主要原因。下式是由正交幹擾公式經過微分得到的同向幹擾公式,通過公示可知,同相幹擾與流量(liàng)信號相位相同,大小與流(liú)量無關,因(yīn)此很難將(jiāng)同向(xiàng)幹擾產生的信號與流量信號進行分離(lí),隻能通過減少磁路係統的勵磁頻率來降低(dī)同向幹擾信號(hào)的影響(xiǎng)。
er = ω2Bm sinωt = (2πf)2Bm sinωt
式中:er
為同相幹(gàn)擾電壓;f 為為勵磁(cí)頻率;ω 和t 為常量(liàng)。
2. 3 串模(mó)幹(gàn)擾與共模幹(gàn)擾
串模(mó)幹擾是在單端信號輸入的同時,還有多種幹擾信號與其疊加在一起成為(wéi)前置放大器的(de)輸(shū)入信號。若幹擾信號過大(dà),容易導致放大器飽和而無法正常工作。當設備存在漏磁(cí)問題時,也會在周圍形成很強的交變(biàn)磁場,從而會(huì)引起串(chuàn)模幹擾的形成(chéng)。為了降低串模幹擾產生的影響,現階段的流量傳感器通常將“零阻值”的被(bèi)測流體作為(wéi)轉換放(fàng)大器的接地(dì)端,而傳感器的兩個電*作為放大器的輸入端,這就很好的抑製了幅度相等(děng)和*性相同的串模幹擾。共模幹擾主要是(shì)由於靜電幹擾引起的,一般情(qíng)況下,共模幹擾不會直接影響(xiǎng)測量的結果,但是(shì)若轉換(huàn)放大器的輸入參數存在不(bú)對稱問題時,共模(mó)幹擾就會轉變為串模幹擾來影響(xiǎng)*終的測量結果,將電解質與金屬材料圈和電*進行屏蔽(bì)能夠(gòu)有效地(dì)降低共模幹擾的(de)影響。
2. 4 直流幹擾
在被測液體與(yǔ)電*和接液部件接觸過程中,電解質(zhì)中的正負離子會分(fèn)別作(zuò)定向運動,這會(huì)使被測液體在電*和接液部件之間形成電位差,通常將這種(zhǒng)現象稱為*化現象。如圖3 所示,理(lǐ)論上來說,兩電(diàn)*A 和B 對接液部件的電位e1、e2大小相等、方向相反,此時兩電*的電(diàn)位差等於(yú)零。但是,若兩電*的材質或表麵狀態存在差異(yì),此時A、B 電*之間的電(diàn)位差就不為零,這就(jiù)形(xíng)成(chéng)了*化電壓,*化電壓與共模狀態的電壓(yā)e3一起疊加在流(liú)量(liàng)信號中,被輸入轉換器的差動(dòng)放大器。當(dāng)*化(huà)電壓過(guò)大,則會對差動放大器的輸入端造成較大影響,導致信(xìn)號無法放大或流量信號的輸出波(bō)動(dòng)過大,從而降(jiàng)低了飲料流量計的測量精度。

3 飲料流量計的抗幹擾方(fāng)式
由於飲料流量計測量精度的幹(gàn)擾因素很多,且飲料流量計的工作(zuò)條件通常也比較惡劣,飲料流量計的測量準確程度除受到係統內部產生的信號幹擾(rǎo)外,還會不可避(bì)免的受到多種環境因素的影響,飲料(liào)流量計(jì)測量的誤差,會給生產帶來重大的經濟損失。因此,提(tí)升流量計的可靠性與測量精度,減少(shǎo)幹擾對測量值的影響程度,是飲料流量計發展必須要做的(de)工(gōng)作(zuò)。
3. 1 硬(yìng)件抗幹擾技術
(1)電源端所產(chǎn)生的幹擾是電子產品較為常見的精度幹擾因素,由於這(zhè)種幹擾無法完全被去除,隻能通過減小(xiǎo)幹擾脈衝的幅度來降低其影響。在實(shí)際工作中常采用在交流進線端串接(jiē)入低通(tōng)LC 濾波器的方式來實現,這種方(fāng)法在實際的工作中產生了顯著地效果。
(2)傳輸電纜所產生的雜散(sàn)電磁場會通過感應和輻射的方式進入信道而產生幹擾,利(lì)用雙芯屏蔽電纜(lǎn)能夠實現較長線路傳輸的抗幹擾功能。對於(yú)環境更(gèng)為惡劣的情況,為提高抗幹擾(rǎo)能(néng)力,可采用光電隔離方式將係統控製部分與I /O 口部分分開,並采用雙電源供電來降低幹擾產生的精度影響。
(3)除了有針對性的抵抗幹擾之外,還可以采取增(zēng)加硬件的方式提升係統的(de)整體抗幹擾能力。例如:選擇和使用抗幹擾能(néng)力強的單(dān)片機;使用硬件看門(mén)狗電路;使用電壓檢測電路;盡可能使用單片(piàn)機的內部程序存儲器和內(nèi)部數(shù)據存儲器等。
3. 2 軟件抗幹擾技術
(1)通過在係統程序的(de)關鍵位置插入部分單字節指令或將(jiāng)單(dān)字節指令進行重寫,從而達到(dào)恢複“跑(pǎo)飛”程序的目的,這種(zhǒng)方(fāng)法稱之為指令冗餘。指令冗餘的主要方法包括以(yǐ)下兩點:一是在雙字節指令和3 字節指令之後插入兩個單(dān)字節**P 指令,以保證其後的指令不被拆散。二(èr)是對於程序流向起決定作用的指令和某些對係(xì)統工作狀態有重要(yào)作用的指令的後麵,可重複寫上這些指令,以確保(bǎo)這(zhè)些指(zhǐ)令的正(zhèng)確執行。
(2)若“跑(pǎo)飛”程序進入非(fēi)程序區或者表格區時(shí),指令(lìng)冗餘則無法起到抗幹擾的目的,此時可采用(yòng)設置(zhì)軟件陷阱對“跑飛”程序進行攔截,軟(ruǎn)件陷阱能將“跑飛”程序引向某一(yī)位置,再通過編製的程序對“跑飛(fēi)”程(chéng)序進行(háng)恢複。
(3)某些程(chéng)序(xù)被幹擾後容易陷入死循環模式,通過程序監視技(jì)術,能夠及時發(fā)現運行超時的程序,並采用相應的方式使程序複位,保證程序的正常運行。
4 結語
總之,在保證飲料(liào)流量(liàng)計基本使用功能的(de)前(qián)提(tí)下,通過對現階段(duàn)技術的影響因素進行分析,就能夠有針對性地降低幹擾對測量結果產生的影響,從而保證飲料流量計工作過程的可靠性,避免因(yīn)測(cè)量(liàng)不準(zhǔn)確而導致的(de)經濟損失和事故發生。
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