环境噪声对于超声波流量计形成干扰的三要素及其耦合方式

一、文章导语
抗干扰能力对于超声波流量计来说是一项重要的功能，因为在超声波流量计的工作环境中通常都会有各种各样的噪声源，这些噪声会产生不同程度的干扰与影响，干扰通过不同的耦合方式进入超声波流量计，使测量结果偏离真实值，或使工作失常，影响超声波流量计的正常工作并导致仪表的测量结果产生不同程度的误差。我们如果要保证超声波流量计正常工作，就要弄懂噪声产生干扰的来源和耦合传输问题，将噪声对于仪表测量的影响降到最低，保证生产测量数据的稳定和精确。

二、噪声的分类及其形成干扰的三个要素
关于生产性噪声的分类很多，这里我们按其来源可分为以下几种：
1.机械性噪声 由于机械的撞击、摩擦、转动所产生的噪声，如机床、纺织机、电锯、球磨机等发出的声音。
2.流体动力性噪声气体压力或体积的突然变化或流体流动所产生的声音。如空气压缩机、通风机、喷射器、锅炉排气放水、气笛等发出的声音。
3.电磁性噪声 由于电机中交变力相互作用而发生，如发电机、变压器等发出的嗡嗡声。

根据噪声随时间的分布不同，噪声又可分为连续性和间断性噪声。连续性噪声又可分为稳态性噪声(声压级波动小于5dB)和非稳态性噪声。后者中的脉冲性噪声(声音的持续时间小于0.5秒，间隔时间大于1秒，声压级的变化大于40dB)不仅影响仪表的工作，也会对于人体产生较大的危害。
噪声形成干扰对超声波流量计正常工作造成影响的三要素是噪声源、对噪声敏感的超声波流量计易感电路和两者之间的耦合通道。



三、干扰的耦合
耦合是指干扰信号进入超声波流量计内部的途径，在分析干扰问题时，要弄清楚干扰源、易感电路及二者之间的耦合。干扰源和易感电路是客观存在的，很难消除，因而切断耦合十分重要。干扰的耦合有以下几种方式。
3.1 电感性耦合 电感性耦合指2个
电路之间存在互感，当一个电路上的电流变化时，在另一个电路上引起感应电压。图1为2个电路电磁耦合的等效电路图。两点路之间存在互感，互感系数为m ，当电路1的干扰电流为ni变化时，通过电磁耦合在电路2产生干扰电压nnujmi ω。由此可知，电压nu?与电流n成正比。
3.2 电容性耦合
电容性耦合指2个电路之间存在寄生电容，产生静电感应，使一个电路的电荷变化影响到另一个电路。图2所示的电路中导线1是干扰源，导线2是超声波流量计的传输线，c1、c2分别为导线1和2对地寄生电容，c12为导线1和2之间的寄生电容，r为导线2的对地电阻，当导线1存在干扰电压u1时，在导线2所产生的干扰电压为
由此可知，电容性耦合干扰随着耦合电容c12的增大而增大。
3.3 漏电流耦合
漏电流耦合指由于绝缘不良，高电位电路通过绝缘电阻向低电位电路漏电而引起的干扰。图3所示电路为漏电流耦合的等效电路图，干扰源ne?通过漏电阻mr 向电路iz 漏电流，产生的干扰电压
3.4 共阻抗耦合
共阻抗耦合是由于2个及以上电路中共用一个阻抗，当一个电路中有电流流过时，在另一个电路上产生干扰电压。共阻抗耦合有3种。
1）电源内阻共阻抗耦合。用一个电源对几个电子线路或传感器供电时，高电位电路或大电流的输出电流流经电源，由于电源内阻的存在，在电源内阻上的压降就转换成干扰源。
2）公共地线共阻抗耦合。在超声波流量计的公共地线上，有各种信号电流流过，由于接地线存在阻抗，在接地线上就形成干扰电压。
3）信号输出电路共阻抗耦合。当超声波流量计的信号电路有几路负载时，任何一个负载的变化都会通过输出的共阻抗耦合而影响其他输出电路。
3.5 辐射耦合
辐射耦合指无线电装置不断向外发射电磁场，仪器若置于这种发射场中，就会感应到与发射电磁场成比的感应电动势而形成干扰。
3.6 传导耦合
传导耦合指经过导线检拾到噪声，再经导线传输到超声波流量计电路而形成的干扰。常见的是电源线噪声，它把交变磁场感应到电源回路形成感应电压，再经该电源线传输到各处的电路造成干扰。

四、文章结语
在超声波流量计使用中，噪声源到超声波流量计的耦合途径多种多样，界限也不明显，噪声源也是多种多样的，有时干扰时隐时现，因此要仔细分析耦合途径，以消除干扰。