摘要：傳統電(diàn)磁流量計 在消(xiao)除微分幹擾時(shí)大多數采用在(zài)硬件電路上消(xiāo)除或者避開🔱微(wēi)分幹擾時段進(jin)行采樣，很少研(yan)究影響幹擾的(de)原因🧡。基于真實(shi)電極情況，建立(li)電極回路👉測量(liàng)模型并基于模(mó)型進行電極信(xin)号仿真，研究了(le)😄傳感器參❗數和(he)電極參數變化(hua)對微分幹♻️擾的(de)影響。結果表明(míng)，當參數取值不(bú)🛀🏻同時尖峰幹擾(rǎo)也不相同，從而(er)爲研究和消除(chú)幹擾減小📐測量(liang)誤差提供🌈理論(lùn)依據。
電磁流量(liang)計是基于法拉(lā)第電磁感應定(ding)律的流量儀💛表(biǎo)，主要由傳感器(qì)和變送器組成(cheng)，傳感器将待測(ce)流體轉換成電(dian)信号，變送器對(duì)電信号進行一(yī)系列♊的處理轉(zhuǎn)換成㊙️實際對應(yīng)的流量。理想情(qíng)況下電極上感(gǎn)應出的電勢與(yu)流體流速成正(zhèng)比，但在實際中(zhōng)電極信号摻雜(zá)許多幹擾信号(hào)，主要的幹擾爲(wèi)微分幹擾、同向(xiàng)幹擾☂️、工頻幹擾(rao)、共模幹擾、串模(mo)幹擾、漿液幹擾(rao)和極化幹擾等(deng)。爲确保流量計(jì)測量準确性須(xū)對幹擾進行抑(yi)制，如采用交流(liu)勵磁克服極化(hua)幹擾♻️、高共模抑(yi)制比差分放大(dà)器克服共模幹(gan)擾、勵磁頻率爲(wèi)工頻整數倍🏃‍♀️克(ke)服工頻幹擾、良(liáng)好接地技術和(hé)靜電屏蔽克服(fú)串模幹擾、漿液(yè)噪聲符合1／f特性(xing)可通過提高勵(lì)磁頻率加以克(ke)服。
　　當采用交流(liú)勵磁時，由于存(cun)在勵磁線圈等(děng)效電感🌈，勵磁切(qie)換過程中勵磁(ci)電流存在漸變(bian)過程，在這一過(guò)程中磁感應🌈強(qiang)度處于非穩定(dìng)狀态，變化的磁(ci)場穿過由🐆被測(ce)流體、測量電極(jí)、電極引出線和(he)變送器🔴共同組(zu)成的閉合回路(lù)，實際中該回路(lù)不🔴可能與磁⁉️力(lì)線保持平行，此(ci)時勵磁線圈相(xiàng)當于變壓器的(de)初級線圈，閉合(hé)回📐路等價于隻(zhi)有一匝的次級(jí)線圈且回路大(da)小可等效爲回(huí)路電感。根據“變(biàn)壓器效應”會♉産(chǎn)生一個尖峰即(jí)微分幹擾疊加(jiā)在電極👉上，影響(xiǎng)流☔量的測量。
1微(wēi)分幹擾相關研(yan)究
　　當前消除微(wei)分噪聲主要從(cóng)信号處理方面(mian)入手，并未對影(yǐng)響噪聲的因素(su)加以研究。建立(li)電極測量回路(lù)等效模型，給出(chū)仿真模✔️型搭建(jian)、參數取值和仿(páng)真結果分析。
2電(dian)極測量回路模(mó)型建立
2.1測量回(huí)路等效模型
　　測(cè)量電極與流體(ti)介質接觸時會(hui)發生電化學反(fǎn)應［7］在電☎️極－溶液(yè)界面形成阻抗(kàng)，通常由法拉第(dì)阻抗與雙電㊙️層(céng)電容并聯組成(cheng)。法拉第過程分(fen)爲電荷傳遞過(guo)程和擴散過🔱程(chéng)，相應的法拉第(di)阻抗由電荷傳(chuan)遞電阻與擴散(san)阻抗串聯組成(cheng)。一般電磁流💛量(liàng)計的勵磁頻率(lü)大于1Hz，而擴散阻(zǔ)抗發生在更低(di)頻率内，不考⛱️慮(lǜ)擴散過程🥵，電極(jí)等效阻抗爲電(dian)荷傳遞電阻與(yǔ)雙電層電容并(bing)聯後再與電極(ji)接觸電阻串聯(lián)。基于電極阻抗(kang)建立的電極♍等(děng)效測量回路如(ru)圖1所示。

　　圖中：Rs1和Rs2爲電(diàn)荷傳遞電阻；C1和(he)C2爲雙電層電容(rong)；Rt爲兩個測量電(dian)㊙️極間的接觸電(dian)阻滿足Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(cí)線圈等效電❓感(gǎn)；L1爲閉合回路♍等(děng)效電感；R1和R2爲放(fàng)大器輸入電阻(zu)；P1和P2爲由“變壓器(qì)效應”疊加👌在測(ce)量電極上的微(wēi)分幹擾；U1爲流體(tǐ)切割磁力線産(chan)生的感應電勢(shì)；Ue爲🏃🏻勵磁電壓。假(jiǎ)設磁感應強度(du)由勵磁電流決(jué)定且成正比關(guan)系即B＝aI，忽略串模(mó)等幹擾則電極(jí)間電壓爲感應(ying)電勢與微分幹(gan)擾的疊加🙇‍♀️，基本(běn)方程如下：

則微(wēi)分幹擾的量化(huà)表達式爲：

　　式中(zhōng)，Rx爲勵磁線圈銅(tóng)耗電阻。由于在(zai)兩個測量電極(ji)㊙️上感應出的流(liu)量信号大小相(xiang)等方向相反，可(ke)對其中一個電(dian)極進行研♍究。對(duì)于電極A，假設單(dān)電極回路🧡的總(zong)阻抗爲ZA，則：

2.2參數(shu)取值
　　電極上的(de)感應電動勢在(zài)沒有經過放大(dà)之前一般很小(xiao)🍉，取值在💃🏻幾毫伏(fú)到幾百毫伏之(zhī)内，仿真中流速(sù)感應電勢取10mV。放(fang)大器的輸入電(dian)阻遠遠大于内(nèi)阻，文獻［8］中給㊙️出(chu)電荷傳遞電阻(zu)爲Rs＝50Ω。電極接觸✨電(diàn)阻與溶液電導(dǎo)率有關一般取(qu)Rt＝15kΩ。雙電層電容C1＝20μF。将(jiāng)各參🧡數值代入(ru)到式（7）中，可得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理(li)想情況兩⭐個電(dian)極參數取值相(xiang)等，實際中兩者(zhě)會❤️存在差異對(duì)于電極B可取K1＝0.997，T1＝9.75×10－4，T2＝9.74×10－4。
3基(jī)于MATLAB的電極信号(hao)仿真
3.1仿真模型(xing)
　　基于Matlab中Siumlink對電極(ji)信号進行仿真(zhēn)，勵磁方式爲三(san)值波勵磁，勵💚磁(cí)頻率f＝25Hz，傳感器參(cān)數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵磁系統參(cān)數Ue＝100V、穩态電流I0＝200mA。
　　基(jī)于電極測量回(huí)路搭建的仿真(zhēn)模型如圖2所示(shi)，圖中信号模塊(kuài)㊙️pulsGenerator通過加法器、乘(cheng)法器得到勵磁(ci)電流。由公式（1），在(zài)固定流速下感(gǎn)應電勢與勵磁(cí)電流成正比，通(tong)過增⛷️加Gain1模塊得(dé)到感應電勢信(xin)号。對勵磁電流(liú)進行求導即經(jing)模塊Derivative得到微分(fen)噪聲，其中Gain值☎️與(yu)Lx和L1相關👄。感應電(diàn)勢與噪聲經Add1疊(dié)加之後得到電(dian)極信号E1（t）。scope觀察輸(shū)出信号波形。
　　仿(pang)真波形和真實(shí)波形如圖3所示(shi)。将傳感器參數(shù)代⭕入到勵🌈磁電(diàn)流穩态調節時(shí)間［9］公式中，得電(diàn)流上升時間爲(wèi)360μs，測得實際上升(sheng)時😄間爲390μs，兩者相(xiang)差不大，驗證🚩了(le)仿真模型的💰正(zheng)确性。


3.2仿真(zhen)實驗
　　仿真試驗(yàn)中，設定線圈等(děng)效電感取值範(fan)圍爲162～212mH，間隔10mH；閉🔴合(he)回😄路等效電感(gan)範圍0.2～1mH，間隔爲0.2mH；雙(shuāng)電層電容、接觸(chu)電阻随流體電(diàn)🐉導率變化而變(bian)化，電導率增大(dà)接觸🥰電阻和雙(shuāng)電層👅電容減⛷️小(xiao)而電荷傳遞電(diàn)阻增大。可💃設定(ding)電極接觸電阻(zǔ)、雙電層電容和(he)電荷傳遞電阻(zǔ)範圍分别爲5～15kΩ、10～20μF和(he)50～60Ω，由公式（7）知，可用(yong)T2表示上述三者(zhě)關系🏃‍♂️。仿真參數(shù)取♌值不同情況(kuang)下，通過MATLAB工具箱(xiang)對仿真測量得(de)到的🧡幹擾峰‼️值(zhí)進行曲線拟合(he)畫出相應的曲(qu)線圖。其中仿真(zhēn)數據✌️和相對應(yīng)的曲線方程如(rú)表1～表4所示，曲線(xiàn)🈲圖如圖4～圖6。

3.3仿真(zhēn)結果分析
　　圖4爲(wei)改變勵磁線圈(quan)等效電感其它(ta)值保持不變時(shí)測得的幹擾結(jie)果，可以看出，當(dang)線圈等效電感(gǎn)取值不同時，幹(gàn)擾峰值存♋在變(biàn)化，電感越大線(xiàn)圈中電流上升(shēng)（下降）時間越長(zhǎng)，微分幹擾越大(da)。

　　圖5爲改變(biàn)測量回路等效(xiao)電感即等價于(yú)改變交變磁🤩力(li)線穿過測量回(hui)路等效面積時(shi)測得的幹擾結(jié)果，随📞着值增大(dà)🏒幹擾呈逐漸增(zēng)大的趨勢。因此(ci)要避免電極走(zǒu)線偏離，盡量保(bǎo)持回路與磁力(li)線平行以📧減小(xiao)幹擾💰。

　　圖6爲電極等效(xiào)阻抗值變化時(shi)測得的幹擾結(jie)果，當溶液電導(dao)率改變時電極(jí)等效阻抗值變(biàn)化，同樣會對微(wēi)分噪聲産生較(jiao)大影響。電導率(lü)越大幹擾峰值(zhi)⚽越小。

4結束語
　　運(yùn)用MATLAB仿真軟件對(dui)電磁流量計電(dian)極信号進行建(jiàn)模✉️仿真，通過該(gai)模型分析勵磁(cí)線圈等效電感(gǎn)、閉合回路和電(diàn)極📞等效阻抗取(qǔ)值❤️變化情況下(xià)微分幹擾變化(huà)，得到影響微分(fèn)幹擾原因。

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