电磁流量计的空管干扰及干扰闭锁

　　为防止干扰,电磁流量计的测量管必须充满被测液体。如果空气一旦混入管道,传感器电极暴露在空气中,流量计是无法工作的。这时,测量管中的液体虽然已经排空,或有不满管的零流速液体(若流速不为零,属两相流问题,不属本文讨论的范围。),仪表却仍有指示,而且读数极不规则。这种不正常的计量状态称为空管,它使仪表计量的读数不能反映实际流量。空管状态下的误差是由干扰引起的,称为空管干扰。为避免空管干扰,一般是制订操作规则,确保空气不进入管网,或是将传感器安装在管网的相对最低点,使测量管部分的液体无法排出〔1〕。但是这种方法未必都能实现,一旦出现空管,干扰仍将发生。

　　1　空管干扰的分析

　　传感器接至转换器时,输入回路是闭合的,如图1所示。回路包含液体等效电阻Re、一对电极a、b以及引入和转换器输入阻抗Zi。esr是流量等效电势源。工作时,电极浸泡在液体中,电极a、b经电阻Re在电气上相通。电极区的液体通过地线,处于地电位。

　　设B是传感器励磁的磁场强度,v是管道内流速分布场。流量信号可按下式计算:

式中l是电极间的距离。

　　空管时,Re→∞,输入回路开路,回路受到工频电网干扰。这种干扰有两个来源:电场干扰uab和电网工频容性干扰uc。

　　(1)电场干扰uab

　　电场起因于电网导线上的电荷。设τ代表电网导线上的电荷密度,其值为τ=τ0sinωt,τ0是电荷密度幅值。设L是截取的导线长度,r是工频电网导线至电极区的等效距离。于是,根据高斯定理,可计算电极区的电场强度E:

式(2)表明:电场干扰也有工频特性,其值与电极之间的距离l及介质的介电常数ε有关。在正常和空管状态下,电极区的介电常数分别是εw= 80/(4π×9×1011)、ε0=1/(4π×9×1011)(F/cm)。所以两种情况引发的干扰电压uab也不同。根据式(2)可计算它们的比值:

　　上式表明:空管的电场干扰uab0比管中充满液体时的正常状态干扰uabw大80倍。

　　(2)工频容性漏电干扰

　　流量计输入回路一般都加装屏蔽来抑制干扰,但在屏蔽不甚严密时,加之流量信号的信噪比又小,干扰还是不可避免。电网干扰通过分布电容加在输入回路;操作者人体也是一条对输入回路产生干扰的通道。电网容性漏电对流量计形成的干扰系统和等效电路,如图2所示。

　　可以看出,这种干扰同时作用在电极a、b上,是一种共模干扰源,它对流量计的影响不仅与干扰源的大小有关,而且还取决于流量计抑制共模干扰的能力。干扰系统可用图3所示电路等效。将C13、C12、C23组成的三角形回路变成Z1、Z2、Z3的星形电路,如图3b所示,其中:Z1≈1/(jωC12),Z2≈1/(jωC23),Z3≈1/(jωC12C23/C13)。假定C13a= C13b=C13。于是可计算容性漏电在电极a、b上的共模干扰电压uc为