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 技术论文


智能电磁流量计抗干扰技术的研究
彭 端 彭珞丽
广东机械学院自动化系 广州510643

    

                        智能电磁流量计硬件抗干扰技术

  综合上述电磁流量计干扰噪声产生的物理和特性分析,智能电磁流量计分别采用硬件和软件干扰技术,以提高电磁流量计抗干扰能力。

1 新型励磁技术是提高电磁流量计抗干扰能力的重要手段

   电磁流量计励磁技术的发展,不仅减弱电极极化电势、泥浆干扰、流动噪声的影响,又能改变工频干扰的形态,便于同步采样技术处理工频干扰噪声,以避免工频干扰的影响。目前电磁流量传感器采用工频频率同步三值低频矩形励磁和双频矩形波励磁,从而提高电磁流量计整个抗干扰能力,提高电磁流量计的测量精度和可靠性。

2 前置放大器的设计是提高抗干扰能力的首要环节

   电磁流量传感器输出流信号十分微弱,内阻抗较高,因此高输出入阻抗、低漂移、低噪声、高CRMM前置放大器才能满足抗同相共模干扰的要求。前置放大器采用JFET高输入阻抗电压缓冲器,低漂移低噪声减法器,精密电阻精心匹配组成仪用放大器,并采用输入保护技术,共模电压自举技术和接地技术大大提高抗共模干扰的能力,抑制零点漂移的影响。

3 同步采样的频度补偿技术

   同步采样和工频电源频率监视补偿技术,是提高抗流量信号电势中混入工频干扰和工频电源频率波动产生工频干扰能力的有效方法。同步采样技术,其采样脉宽为工频周期的整数倍,使流量信号电势中工频干扰平均值等于零,以消除工频干扰的影响;工频电源的频率波动补偿是保证频率的动态波动中,励磁电源和采样脉冲得以同步调整,真正实现同步采样技术和同步励磁技术,同步A/D转换,以降低工频干扰的影响。

4 采用新型HCMOS系列芯片技术

   采用74HC系列芯片技术较采用74LS系列芯片其低噪声容限提高2.4倍,高燥声容限提高2.1倍,智能电磁流量计整个硬件采用74HC系列芯片,不仅降低整个功耗,而且提高元器件本身抗干扰能力,为电源流量计小型轻量一体化奠定了基础。

5 微处理器系统电源电压监视技术

   智能电磁流量计中微处理器系统当电源瞬态欠压,励磁开关脉冲动作都会造成微处理器误动作,数据丢失等现象,因此必须采用可靠的复位电路和电源电压监视技术。最简单实用的方法是采用低成本电源配合高灵敏度的电源电压监视器,提高微处理器系统和抗干扰能力。如图4所示微处理器电压监视器,其采用TL7705CP电源电压监视器芯片,具有电源加电、电源瞬时欠压均能产生可靠的复位信号。

                             五 智能电磁流量计软件抗干扰技术

   智能电磁流量计固化在EPROM中的软件配合硬件除完成智能电磁流量计的正常功能外,必须具备较强的抗干扰能力和容错能力,组成完善的应用程序。

1 数字滤波技术

   数字滤波技术是智能仪器中最常采用的技术,能够完成模拟滤波器不能完成的功能,很容易解决脉冲干扰剔除、数字电路毛刺干扰消除、A/D转换器的抗工频能力以及输入微处理器数字的可靠性问题。

2 程控放大器技术

   程控放大器技术即解决电磁流量计量程自动转换问题,同时利用增益控制方法有效削弱微分干扰峰值使放大器过载的问题,便于流量信号电势处理,提高抗微分干扰的能力。

3 微处理器硬件故障自诊断技术

   微处理器硬件故障自诊断技术是采用软件容错设计,极大地提高硬件系统的可靠性,从而提高整个智能电磁流量计的抗干扰能力。具体包括CPU自诊断,定时器诊断,中断功能诊断,RAM诊断,A/D通道诊断和校正,D/A通道诊断,数字I/O口通道的诊断等部分,涉及到智能电磁流量计的关键部件。

4 微处理器抗干扰技术

   上述各种抗干扰措施是解决输入、输出通道中的各种干扰问题,当干扰噪声没有作用到微处理器本身时,微处理器仍然正确无误地执行各种抗干扰软件,消除或者削弱干扰噪声对电磁流量计输入输出通路的影响,当干扰噪声通过三总线等作用到微处理器本身,CPU将不能按正常状态执行程序,导致智能电磁流量计整个工作混乱,为了提高微处理器自身的抗干扰能力采用硬件和软件相配合的多种抗干扰措施。多种复位方式解决失控的CPU最简单的方法,掉电保护技术,软件指令冗余措施,软件陷阱抗干扰方法也是排除智能电磁流量计微处理器失控的有效方法。

5 程序运行监视系统(WATCHDOG)
   智能电磁流量计采用程序运行监视系统以监视微处理器执行应用程序的状况,当程序正弹到一个临时构成的死循环中时看门狗能及时发并强迫系统复位,摆脱死循环状态,图5所示是由硬件和软件配合构成的程序运行监视器。

                                        六 结 束 语

   智能电磁流量计多种抗干扰技术的采用,使电磁流量计抗干扰能力增强,精度和可靠性提高,不仅实现了电磁流量计小型轻量一体化智能化,而且推动了电磁流量计的广泛应用,开拓了电磁流量计的潜在市场。

参考文献

1 彭端。双频智能电磁流量计的研究,武汉水利电力大学硕士研究生论文,1990.6.
2 唐樊官,彭端。双智能电磁流量计的研究,武汉水利电大学学报,1993,VoI.26,
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3 彭端。电磁流量计励磁技术的过去。现在和未来,自动化仪表。1993.No.5,p1~7
4 唐樊官,彭端。新一代智能电磁流量计的研究。“STC-93”第三届全国敏感元件与传感器学术会议论文集。1993.6,北京。
5 刘欣荣,流量计(第二版),北京;水利电力出版社。1989.1
6 J.A.ShercIiff. The Theory of Eiectromagnetic Fiow Measurement .London.Cambridge University Press,1962,p10~30.
7 上田达夫。电磁流量计 日文
8 石川荣。电磁流量计 日文
9 桥本敏。电磁流量计 日文
10 冈庭 电磁流量计 日文

 

 
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