降低dn200分体式污水流量计的外部电磁干扰及电磁兼容性分析

dn200分体式污水流量计的（de）工作原理是基于法拉*的电磁感（gǎn）应原理，工（gōng）业生产中的电力设（shè）施和电器设备（bèi）又很多，必然（rán）会对于dn200分体式污水流量计的电磁感应（yīng）产生或多或少的影响，严重的可会影响（xiǎng）到dn200分体式污水流量计的准确测量。根据经验总结，dn200分体式污水流量计的干扰源主要来（lái）自于工频电磁干扰、流体电化学干扰噪声和电源干扰（rǎo）噪声。目前dn200分体（tǐ）式污水流量计主要采用低频或双频矩形波励磁（cí）技（jì）术、同步（bù）采样技术、输入保护、接（jiē）地技术等来降低干扰。实际应用表明（míng），这些（xiē）技术有较好的抗干扰效果。有效地降低外部环境对于dn200分体式污水流量计的干扰，对于保证流量计（jì）的稳定与（yǔ）精准的测量是一件非常重要的工作。本（běn）文就是介绍利用面板及智能终端进行dn200分（fèn）体式污水流量计参数（shù）设置和（hé）组态（tài）的方法，以及（jí）提高dn200分体（tǐ）式污水流量计的电磁兼容性技术。

dn200分体式污水流量（liàng）计（jì）的测量过程不受（shòu）被测介质温度、黏度、密度等（děng）因素影响，具有（yǒu）测量（liàng）速度快、精度高、测量口径宽、输出线性度好，与被测介质不接触，耐（nài）腐蚀、抗磨损，流（liú）体（tǐ）压力损（sǔn）失小等优点，因而广泛应用于造纸厂（chǎng）纸浆、助剂、水等流体的测量。但是，dn200分体式污水流量计也有（yǒu）其不足，传感器的输出感（gǎn）应电动势很小（xiǎo），容易（yì）受到外（wài）界电磁干扰，如何提（tí）高dn200分体式污水流量计的电磁兼容性（xìng），使其（qí）能（néng）在恶劣的电磁环境正常使用是dn200分体式污水流量计（jì）设计（jì）必须考虑的问题。文中以LD系（xì）列dn200分体式污水（shuǐ）流量计为例，结合编者的工程实践（jiàn），介绍有关dn200分体式污（wū）水流量计的（de）使用并分析其电（diàn）磁兼容性(EMC)。
1dn200分体式污（wū）水（shuǐ）流量计的工作原理
dn200分体式污水流量计的工作（zuò）以电磁感（gǎn）应定律为基础，即当一个导体在电磁场中（zhōng）运动，并且运动（dòng）方向垂直于电磁场（chǎng）时就会（huì）产生感应电动势，所（suǒ）产生的感应电动势的方向垂直于导体运动和电磁场运（yùn）动的方向，感应（yīng）电动势的大小与（yǔ）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（liú）速y(m／s)通过（guò）一根内径为D(m)的管子时，若管子（zǐ）内存在一（yī）个磁（cí）感应强度为曰(T)的磁（cí）场，那么就可产生一个垂直于磁场方向和流体流（liú）动方向的电动势E：
E=DVB(V)(1)
容积（jī）流量Q为：
Q=,rrD2V／4(m’／s)(2)
将式（shì）(2)代入式（shì）(1)并处理得：
E=(4B／,rrO)×Q(V)(3)
如果（guǒ）君和（hé）D是常数，那么从式(3)可看出，E与Q成正比。电磁流量转换器把电动势（shì）层（céng）放大并转换成标准的4—20mA的信号或脉冲信号，作为对应的流量信号输出。
2dn200分体式污水流量计的参数设置方法及组态
流量计的参数设置(组态)有两种（zhǒng）方（fāng）法，一是利（lì）用显示面板上的按键，二是（shì）利（lì）用手持智能（néng）终端。
2.1使用面板进行参数设定
ADMAGAE系列dn200分体式污水流量计面板（bǎn）上常（cháng）用的符号有：
(1)RED(红)正常工作时不亮，有报警时闪烁；
(2)定义符定义符用冒号“：”，表示所显示的数据正处于待设定状态；
(3)单位显示显示流量单位（wèi）；
(4)显示数据显示流量数据、设定数据和（hé）报警（jǐng）的种类；
(5)小数点表示数据（jù）中的小数点；
(6)设定键这（zhè）些键用来改变数据显示和设定数（shù）据的类型（xíng）。数据（jù）显示类型共有（yǒu）3种：流量数据显示（shì）模式、设定模式、报警显示模式。
2.1.1流量数据显示模式（shì），
流量数据显示模式（shì）表示的是瞬时（shí）流量值和（hé）累积流量（liàng）值，ADMAGAE可（kě）显示12种类型（xíng）的流量数据（jù）。进入流量显示模式用“dl”参数来改变（biàn）显（xiǎn）示项，详细设定可参考流量计用户手册。
2.1.2设（shè）定模式
设定模式用来检查参数（shù）内容和重写数据。只要按下“SET”键，可将（jiāng）该模式从正常的操作模式（shì）中调出。
2.1.3报警显示模式
当报警发生时，报警模式就会取代当前（qián）模式来（lái）显示（shì）发生报警的类型，但是这种情况（kuàng）只是发生在当前流量显示模式（shì）或设定模式中参数号被改变时(当正在该部数据项时，不显示报警)。
2.2　BT智能终端设定
具有智能通信（xìn）功（gōng）能的仪表可（kě）与智能终端通信。横河的智（zhì）能（néng）终端有BTl00、BT200等型号，简（jiǎn）称BT智能终端，它们采用BRAIN协议，将1个4-2mA、2.4kHz的调制信号迭加到4～20mA的模拟信号上用（yòng）作信号传（chuán）输。由于调制（zhì）信号是交流（liú）信号，所以迭加不会影响模拟信号的数值。
BT智能（néng）终端与流量计的连接有两种方式：一是直接与流量计端盖（gài）下面的BT端子相连，这种方式适用于现（xiàn）场调试（shì）或流量（liàng）计不具备智能通（tōng）信功能的情况；二是与4—20mA直流信号（hào）线连接，BT智（zhì）能终端可以连接在从控制柜到（dào）流量计信号线的任何位置，*大距离可达2km，只（zhī）要保证整个回路的（de）负（fù）载电阻在250—750Q之间，就可以可靠地通信。这种方式操作者不必去现场，在（zài）控制室就可对流（liú）量计进（jìn）行设（shè）置和（hé）在线监测，是使用*多（duō）的一种方式。BT智能终端采用菜单式操（cāo）作（zuò），可以**显示和修改污水流量计的各种参数，其基本的操作有流量计自检、量程（chéng）调整、显示方式设（shè）置、报警设置等。
2.3污水流量计数据设定与组态
污水（shuǐ）流量计是根据与流体流速相对应的微小电动势计算出体积流量（liàng）并输（shū）出4～20mA的信号。为保证获得正确（què）的（de）信号（hào），必须设定通（tōng）径、流量（liàng）量程和仪表系数3个参数，这3个参数中，通径（jìng）和仪表系数早在仪表出厂前（qián）就设定好的，因此用户不能设（shè）定（dìng）这（zhè）两个参数。用户也可以在仪（yí）表出厂前（qián）将（jiāng）流量量程设定好，这（zhè）种设定只（zhī）有在用户要求改变量程时才可进行重新设（shè）定。
3电磁兼容性分（fèn）析
污水流量计的工作以电磁感应（yīng）定律为基（jī）础，产生的正比于被测流量（liàng）的感应电动势通常很小（xiǎo），*易受到外界电磁干（gàn）扰，而它本身产生的电磁干扰很小（xiǎo），因此污水流量计（jì）的电磁兼容性主要体现在它（tā）如何在恶劣的电磁环（huán）境下正常工作。在恶劣（liè）的电磁环境下，电磁耦合静电感应是dn200分体（tǐ）式（shì）污水流量计干扰噪声的主要来源；被测流体介质特（tè）性产生的电化学干扰噪声是污水流量计干扰噪声的*二（èr）来源；污水流量（liàng）计供电电源的电压和频率波动等电源干扰噪声是（shì）污水流（liú）量计干扰噪声（shēng）的*三来源（yuán）。为满足仪表的EMC要求，智能dn200分体式（shì）污水流（liú）量计分别采用硬件和软件抗干扰（rǎo）技术?，以提高dn200分体式（shì）污水流量计抗干扰能力。
3.1工频干扰（rǎo）噪声的特点及dn200分体式污水流量计抗（kàng）干扰技术工频干扰噪声*先是由dn200分体式污水流（liú）量计（jì）励磁绕组和流体、电*、放大（dà）器输入回路的电磁耦合形成，其二是电磁流量汁工作（zuò）现场（chǎng）的工频共模干扰，其三是（shì）供（gòng）电电源引入的工（gōng）频串模干扰等，其产生的物理机理均是电磁感（gǎn）应原理。
dn200分体式污水流量（liàng）计励磁绕组和流（liú）体、电*、放大器输入回路的电磁耦合（hé）产（chǎn）生的工频干扰（rǎo）对dn200分体式污（wū）水流量计工作影响*大，而（ér）且在不同的励磁技术下其表现的形态、特性不同，因而采取抗干扰措施也不同。在工（gōng）频正弦（xián）波励磁磁（cí）场下，此种电磁耦合工频干扰噪声表现形式为正交（jiāo）干扰，又（yòu）称为变压器电势，特点是干扰噪声幅值和工频正（zhèng）弦波励磁频率成正比（bǐ），相位滞后流量信（xìn）号电势90。，且幅值较流量信号电势大几个（gè）数量级旧’。直流励磁、低频矩形波励磁及双频矩形波励磁技术，可以基本消除正交干扰的影响。
工频共模干扰和工频串模干（gàn）扰这两（liǎng）种常见的干扰，主要是由于电磁屏蔽缺陷，分布电容耦（ǒu）合（hé），dn200分体式污水流量计接地不良等原因而产生，dn200分体式（shì）污水流量计采用输人保护（hù）技术、高输入阻抗、高共（gòng）模抑制比自举前置放大器技术以及重复接（jiē）地技（jì）术等提高抗工频干扰的能力。ADMAGAE系列dn200分体式污水流量计（jì）配有接地环，其作用是通过与液体接触（chù），建立（lì）液体接地，确（què）保基准电位与被测液体相（xiàng）同，并且保护流量计内衬（chèn）。
3.2电化学干扰噪（zào）声的特点及dn200分（fèn）体式污水流量计抗干扰技术
3.2.1电化学干扰噪声的（de）特点
(1)电化学*化电势干（gàn）扰是由于电*感生电（diàn）动势在两**性不同而（ér）导致电解质在电*表面*化产生（shēng）。虽然采用（yòng）正负交变励磁磁场能显著减（jiǎn）弱*化电（diàn）势的数（shù）量级，但不能从根本上完全消除*化电势干（gàn）扰。
(2)泥浆干扰是在测量液固两相导电性流体流量时，固体颗粒或者气泡（pào）擦过电*表面时，电（diàn）*表（biǎo）面的接触电化学电势（shì）突然变化，电磁流（liú）量传感器输出信号出现尖峰脉冲状（zhuàng）干扰噪声。
(3)流体流动噪声是在（zài）测（cè）量低导率（lǜ）液体(100IxS／cm以下)流量时，电*的电化学电势定期波动，产生（shēng）随流量增加（jiā）而频率增（zēng）加的随（suí）机（jī）干扰噪声，具有类似泥浆干扰的1／f频谱特性。
3.2.2dn200分体（tǐ）式污水流量计抗电化学干扰技术
dn200分（fèn）体式污水流量计在（zài）提高抗电（diàn）化学干（gàn）扰能力方面采取的（de）措施主要是低频矩（jǔ）形波励磁和双频励磁技术（shù）。低频矩形波励磁既具有（yǒu）直流励磁（cí）技术不产生涡流效应（yīng）、变压器效应(正交干扰)的（de）特点，又具有工频正弦波励（lì）磁基（jī）本不产生*化（huà）效应，便于放大信号处理，而能避免直流放大器零（líng）点漂移、噪声、稳定性等问题的产生，有较好的抗干扰性能。
低频矩形波励磁虽然具有优良的零点稳定性。但在测量泥（ní）浆、纸浆等含纤维和（hé）固体颗粒的液固两相（xiàng）导电性流体流量时无（wú）法（fǎ）克服泥浆干扰和流体噪声干扰（rǎo）。研究分析表明，泥浆干扰（rǎo）和（hé）流动噪声具有1／f的（de）频谱特征。低频时幅值大，高频时幅值小，如果采用较高频率的低频矩形（xíng）波励磁则能大大降低泥浆干扰的数量（liàng）级。因此提高励磁频率有助于降低（dī）泥浆干扰和流动噪声，提高（gāo）传感器输出信号的信噪比。综上所述，要保证dn200分体式污水流量计的零点稳定性，*好采用低频矩形波励磁；为了能较准确地测量（liàng）液固（gù）两相导电性（xìng）流体和低导电率流体的流量，又必（bì）须采用较（jiào）高频率的矩形波励磁。采用图1所示的双频矩形（xíng）波励磁的方法是*佳方案。
3.2.3双频矩形波励磁工作及抗干扰原理在dn200分体式污水流量计测量管内（nèi）形成含有两个频率分量的电（diàn）磁场：高频励磁分量不受液体干扰的影（yǐng）响，而低频励磁分量则有着*好的零点稳定性，根据（jù）高、低频定时检测到的各分量（liàng）信号经过计算（suàn），便可得到流量信号。
双频矩形波励磁测（cè）量原理如图l所示，一个由高低频分量迭加而成的电磁场通过励磁线圈被施加到被测液体中，励磁波形是在一个（gè）低频矩形波上迭加一个高于市电频率的矩（jǔ）形波而得到的波（bō）形。在产生的电动势（shì）中，低频（pín）分量通过一个大时间常数的积分电路获（huò）得一（yī）个零（líng）点（diǎn）稳定性好的平稳流量信（xìn）号（hào）。而（ér）由浆液或低电导率流体产生的低频（pín）噪声可被不受噪（zào）声影响的高频采样电（diàn）路所抑制，有（yǒu）着同样时间常数的（de）流量信号（hào）经过一个差分电路以（yǐ）确定流速信号的变化，把（bǎ）这两种不同频率采样所得的信号结合起来可获得一个稳（wěn）定（dìng）流速信号，该信号不受噪声干扰，且有较高的零点稳（wěn）定（dìng）性。

图l双频矩形波励磁测量原理图

3.3电源干（gàn）扰噪声特点及污水流量计抗干扰技术

图（tú）2基本信号关系
dn200分体式污水流量计一般都采用（yòng）工频交流电源供电，其电源电压的幅值和频率的（de）变（biàn）化都会给dn200分体式污水流量计带来（lái）电源性干扰噪声。对电源电压的幅值（zhí）变（biàn）化，因采用多级集成稳压，一般而言电源电压的幅值变化对电磁流（liú）量的（de）测量精度（dù）影响不大（dà）。当电（diàn）源电（diàn）压的频率波（bō）动时，虽然其波动范围有限，但对dn200分体式污水流量计测量（liàng）精度影响较大。为了解（jiě）决工频干扰问题（tí），实现对流体（tǐ）流速感应电势e柚信号的准确测量，需利用以下基本关系：①励磁周期（qī）为工频周（zhōu）期的整数倍，即励磁频率为50／nHz(n为偶数)；②正（zhèng）负励磁下的同相位采样。图2是对应低频矩形波励磁形式下的典（diǎn）型电（diàn）势信号形式，按上述关系（xì）在一个（gè）励磁周期下，若假设t。和t：点为工频干扰的等效干扰点，且采样宽度T=T1=T2，则e –ab的基本算式为：

式(4)从理（lǐ）论上说明dn200分体式污水流量计的工频干扰有可克（kè）服的途径，即同步采样技术，其方法是以同相位(t1=t2)、同宽度采（cǎi）样(T1=T2=T)为前提的，采样（yàng）频率要选为工频周（zhōu）期的整数倍。这样即使混有（yǒu）干扰信号，因其（qí）采样时间为完整的工频周期，其平（píng）均值也为零，干扰电压（yā）不起作用。
4dn200分体式污水流（liú）量计选型
4.1dn200分体式（shì）污水流量（liàng）计选型的一（yī）般原则（zé）H1
(1)被测介质（zhì）是否为导电液体或浆液，由（yóu）此决定是否选用dn200分体式污水流量计；
(2)被测介（jiè）质的电导（dǎo）率决定dn200分体式污水流量计的类型——是高电导率还是低电导率；
(3)工（gōng）艺要求的*大、*小（xiǎo）和常用流量工（gōng）艺管（guǎn）道的公称通径，决（jué）定介质的流速是否处在较经济的流速点上，管（guǎn）道是否需要变径，*后确定流量计的口径；1
(4)以工艺管道的布（bù）置情况（kuàng），来确定（dìng）采用一体型还是（shì）分体型流量计，以及流量计的防护等（děng）级等；
(5)根据被测介质是否易结晶、结疤来选择电（diàn）*型式；
(6)根（gēn）据（jù）被（bèi）测（cè）介质的腐蚀性（xìng）来（lái）选择电*材料；
(7)被测介质的腐蚀性.磨损性及温（wēn）度（dù）来决定采用何种衬里材料；
(8)被测介质的*高工作压（yā）力（lì）决定流量计的公称压力；
(9)工（gōng）艺管道的（de）绝缘性决定接地环的型式。
4.2根据dn200分体（tǐ）式（shì）污水流量计励磁方式的的特（tè）点选型（xíng）
(1)直流励磁型
这种dn200分体（tǐ）式污水流量计（jì）数量很少，只用于测量液态金属流量，如常温下的汞和高温下的液态钠、钾等。
(2)交流工频励磁型（xíng）
较早期的dn200分（fèn）体式污水流量计用50Hz工频市电（diàn）励磁，由于易受电磁干扰和零点漂移等原因，现已逐渐被低频矩形励磁所代替。但在测量泥浆、矿浆等液固两（liǎng）相流时，低频矩（jǔ）形波励磁方式不能克服固体擦过电*表面产生的尖峰噪声，而工频交流励（lì）磁的仪表则不存在这一（yī）缺点，所以国（guó）内外尚有一些dn200分体式污水流（liú）量计仍采用交流工频励磁方（fāng）式。
(3)低频矩（jǔ）形波励（lì）磁（cí）型（xíng）1.·
由于（yú）低频矩形波励磁方式功耗小，零点（diǎn）稳定性好，所以它是目（mù）前dn200分体式污水流量计的主要励磁方式。其波形有“正一负”二值和“正一零一负一零”三值两种。有（yǒu）的dn200分体式污水流量计励磁频率可以由用户设（shè）定，一般小口径仪表用较高频率，大口径仪表用较低频率。
(4)双频励磁型
励磁（cí）电流的波形是在低频矩形波上叠加高频矩形波，主要为克服二值矩形波励磁（cí）存在的浆液噪声和流动噪声，提高（gāo）仪表的稳定（dìng）性和响应特性，因此广泛用于制浆造纸及（jí）污水处理等行业。
5结束（shù）语
通过上（shàng）面分析可知，dn200分体式污水流量（liàng）计具有测量精度高、速度快、使用（yòng）方便，测量范围广、口径（jìng）宽等诸多优点，但同时也存在着（zhe）测量输出信号易受工频电磁干扰，流体电化学噪声及电源频率变化影响的缺点。不同励磁方式的dn200分体式污水流（liú）量计具有不（bú）同的抗干扰技术和应用范围。正确（què）了解（jiě）各种励磁技术的特（tè）点和不同dn200分体式污水流（liú）量（liàng）计的技术原理是正确使用dn200分体式污水流量计的前提。