摘(zhāi)要：傳統(tong)電磁流(liu)量計 在(zài)消除微(wei)分幹擾(rao)時大多(duō)數采用(yòng)在硬件(jiàn)電路.上(shàng)消除或(huò)者☁️避🤟開(kai)微分幹(gàn)擾時段(duàn)進行采(cǎi)樣，很少(shǎo)研究影(ying)響幹👄擾(rǎo)的原因(yīn)🐪。基于真(zhen)實🏃🏻電極(ji)情況，建(jian)立電極(ji)回路測(ce)量模🌂型(xíng)并基于(yu)模型進(jin)行電極(jí)信号仿(páng)真，研究(jiū)了傳感(gǎn)器參數(shu)和電極(jí)參數變(bian)化對微(wēi)分幹擾(rao)的影響(xiang)。結果表(biao)明，當參(cān)數取值(zhí)不同時(shi)尖峰幹(gan)擾也不(bú)相同，從(cóng)而爲研(yán)究和🥰消(xiao)除幹擾(rao)減小測(ce)量誤差(chà)提供理(lǐ)論依據(ju)。
引言
　　電(dian)磁流量(liang)計是基(ji)于法拉(la)第電磁(ci)感應定(dìng)律的流(liu)量儀💘表(biǎo)，主要由(yóu)傳感器(qi)和變送(song)器組成(chéng)，傳感器(qì)将待測(ce)流體轉(zhuan)換成電(dian)信号,變(biàn)送器對(dui)電信号(hao)進行一(yi)系列的(de)處理轉(zhuǎn)換成實(shí)際對應(yīng)的流量(liang)。理想♌情(qíng)況下電(dian)極上感(gǎn)應出的(de)電勢與(yǔ)流體流(liú)速成正(zhèng)比，但🥰在(zài)實際中(zhōng)👣電極信(xìn)号摻雜(za)許多幹(gan)擾信号(hao)，主要的(de)幹擾爲(wèi)微分幹(gan)擾、同向(xiang)幹擾、工(gōng)頻幹擾(rao)、共模幹(gan)擾、串模(mo)幹擾、漿(jiāng)液幹擾(rao)和極👣化(huà)幹擾等(děng)。爲确保(bao)流量計(ji)測量準(zhun)确性須(xu)對幹擾(rǎo)進行抑(yi)制，如🔱采(cai)用交流(liu)勵磁克(kè)服💛極化(huà)幹擾、高(gāo)共模抑(yì)制比差(chà)分放☀️大(dà)器克服(fu)共模幹(gàn)擾、勵磁(ci)頻率爲(wèi)工頻整(zhěng)數倍克(kè)服工頻(pín)幹擾、良(liang)好接地(di)技術和(he)㊙️靜電屏(píng)蔽克服(fú)串模幹(gàn)擾、漿液(yè)噪聲符(fú)合1/f特性(xìng)可通過(guo)提高勵(lì)磁頻率(lü)加以克(kè)服。經上(shang)述信号(hao)處理方(fang)法之後(hòu)電極上(shang)主要的(de)幹擾爲(wei)微分幹(gan)擾。當㊙️采(cǎi)用交流(liú)勵磁時(shí)，由于存(cún)在勵磁(cí)線圈等(děng)效電感(gan)，勵磁切(qiē)換過程(chéng)中勵磁(ci)電流存(cún)在漸變(biàn)過程，在(zai)這一🐆過(guo)程中磁(ci)感應強(qiang)❌度處于(yú)非穩定(ding)狀态，變(biàn)化的磁(ci)場穿過(guo)由被測(cè)流體、測(ce)量電極(ji)、電極引(yǐn)出🔅線和(hé)變送器(qì)共同組(zǔ)成的閉(bi)合回路(lù)，實際中(zhōng)該回路(lù)不可能(néng)與磁力(lì)線保持(chí)平行，此(cǐ)時勵😍磁(cí)線圈相(xiang)當于變(biàn)壓器的(de)初級線(xian)圈，閉合(he)回路等(děng)價于隻(zhī)有一匝(zā)的次級(jí)線圈且(qie)回路大(dà)小可等(děng)效爲回(huí)路電感(gan)。根據“變(bian)壓器效(xiao)應”會産(chǎn)生一個(ge)尖🐕峰✊即(jí)微分幹(gàn)擾疊加(jia)在電極(jí)上，影響(xiang)流量的(de)測量。
數(shu)據采集(ji)分析
1.1現(xian)場實驗(yan)
　　針對電(diàn)磁流量(liàng)計測量(liàng)水煤漿(jiāng)時出現(xian)較大波(bō)動，甚至(zhì)回零這(zhè)一問題(ti)，特去某(mou)煤化工(gong)企業進(jìn)行現場(chang)數據采(cǎi)集。該公(gōng)司所使(shǐ)用的對(duì)置式四(si)噴嘴氣(qì)化爐有(yǒu)4個噴嘴(zui)，噴嘴管(guan)🌏道口徑(jing)爲125mm,管中(zhōng)水煤漿(jiāng)🐉流量基(ji)本穩定(dìng)在19m2/h(流速(su)約爲0.48m/s)。每(mei)條噴嘴(zui)煤漿線(xiàn)_上安裝(zhuāng)了3台電(dian)磁流量(liàng)計，每台(tai)電磁流(liu)量計由(you)傳感器(qi)和變送(sòng)器兩部(bù)分組成(chéng)。選擇其(qi)中1條水(shui)煤漿管(guan)線上的(de)1台電磁(ci)流量計(jì)進行數(shù)據采集(ji)，因爲該(gāi)台電磁(cí)流量計(ji)測量結(jié)果波動(dong)大，甚至(zhi)出現回(hui)零的現(xiàn)象。将課(kè)題組研(yan)制的基(jī)于DSP的電(dian)磁💚流量(liang)變送器(qi)的信号(hào)線和勵(li)磁線接(jie)到該電(dian)磁流量(liang)傳感器(qi)的電極(jí)和勵磁(cí)線圈上(shàng),組合成(chéng)完♌整的(de)電磁流(liú)量計,進(jìn)行水煤(méi)漿數據(jù)采集。使(shi)用的電(diàn)🚩磁流量(liàng)變送器(qi)是以TI公(gong)司DSP芯片(pian)TMS320F28335爲核心(xin)，采用高(gao)頻勵磁(cí)方案，其(qí)💔硬件主(zhu)要包括(kuo)勵磁控(kòng)制系統(tǒng)和信号(hao)采集處(chù)理系統(tong)，具🤩體的(de)模塊有(you)勵磁驅(qu)動模塊(kuài)、信号調(diao)理采集(ji)模塊、信(xin)号處♻️理(lǐ)控制模(mó)塊、人機(jī)接口模(mó)塊、通💜信(xìn)模塊及(ji)電源管(guǎn)理模塊(kuai)。信号調(diao)理采集(ji)🐉模塊中(zhōng)的調理(li)電路對(duì)一次儀(yi)表輸出(chū)的信号(hao)進行放(fàng)大和濾(lǜ)🤞波，截止(zhǐ)頻率是(shi)2kHz,放大🧡倍(bèi)數約爲(wèi)230倍。通過(guo)NI公司USB-6216型(xíng)号的數(shu)據采集(jí)卡進行(hang)數據采(cai)集，把調(diào)理電路(lu)的輸出(chū)端連接(jie)到數據(ju)采集卡(ka)的一個(gè)差分輸(shū)☔人端，并(bìng)設置數(shu)據采集(ji)卡工作(zuò)在差分(fen)的測量(liàng)🚶模式，設(she)置采集(ji)卡的采(cai)樣頻率(lǜ)爲10kHz.采集(ji)多組水(shuǐ)煤漿信(xìn)号數據(jù)，每組數(shu)據的時(shí)☁️間長度(du)爲5min.
1.2數據(ju)分析
　　現(xiàn)場采集(jí)了25Hz方波(bo)勵磁下(xià)的水煤(méi)漿信号(hào)，發現水(shui)煤🏃漿信(xìn)号的幅(fu)值非常(cháng)大，甚至(zhi)接近AD的(de)量程上(shang)限。水煤(mei)漿信号(hao)主要由(you)感應電(dian)動勢信(xin)号和電(diàn)極噪聲(shēng)組成。其(qí)中，感應(ying)電動♋勢(shi)信号是(shi)由導🥰電(diàn)液體切(qiē)割磁場(chǎng)産生的(de)，其幅值(zhí)和相同(tóng)流量下(xia)介質爲(wèi)水的感(gǎn)應電動(dòng)♻️勢幅值(zhí)相同，僅(jǐn)約爲數(shu)十毫伏(fú)。這是因(yin)🌈爲電磁(cí)流量計(jì)不受被(bèi)測導電(diàn)介質的(de)溫度㊙️、黏(nian)度、密度(dù)以及導(dǎo)電率的(de)影響，隻(zhī)要經過(guo)水标🐪定(dìng)後，就可(kě)以用來(lái)測量其(qí)他導電(dian)液體的(de)流量♉。電(diàn)極噪聲(shēng)是水煤(méi)漿中的(de)固體🐇顆(kē)粒劃過(guo)電極而(ér)引起的(de)信号跳(tiào)變，也稱(chēng)爲漿液(ye)噪🐪聲，具(ju)有強非(fei)平穩性(xìng)、随機性(xing)，頻域具(ju)有近似(si)1/f的特性(xìng)。水煤漿(jiang)信号中(zhong)的漿液(ye)噪聲幅(fú)值非常(chang)大，峰值(zhi)可達☁️數(shù)伏，遠遠(yuan)高于與(yu)流量相(xiang)關的感(gǎn)應電動(dong)勢信号(hao)。這給流(liu)量信号(hào)的提取(qu)造成了(le)極大的(de)困難”。
2基(ji)于MATLAB的電(dian)極信号(hào)仿真
2.1仿(páng)真模型(xing)
　　基于Matlab中(zhōng)Siumlink對電極(jí)信号進(jin)行仿真(zhēn)，勵磁方(fang)式爲三(sān)值波勵(li)磁，勵磁(ci)頻率f=25Hz,傳(chuán)感器參(cān)數D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁(ci)系統參(can)數Ue=100V、穩态(tai)電流I0=200mA。由(you)公式(1)，在(zai)固定流(liu)速下感(gǎn)應電勢(shi)與勵磁(cí)電流成(cheng)正比，通(tōng)過增加(jiā)Gain1模塊得(dé)到感應(yīng)電勢信(xìn)号。對勵(lì)磁流進(jìn)行求導(dǎo)即經模(mo)塊Derivative得到(dào)微分🐪噪(zao)聲，其中(zhong)Gain值與Lx和(hé)L1相🐅關。感(gan)應電勢(shi)與噪聲(shēng)經Add1疊加(jia)之後得(de)到電極(jí)信号E1(t)。scope觀(guan)⛷️察輸出(chu)信号波(bō)形。将傳(chuan)感器參(cān)數代人(rén)到勵磁(ci)電流穩(wěn)态調節(jiē)時間公(gong)式中，得(de)電流上(shàng)升時間(jian)爲360μs，測得(de)實際上(shang)升時間(jian)爲390μs，兩者(zhe)相差不(bu)大，驗證(zhèng)了🈲仿📱真(zhēn)模型的(de)正确性(xìng)。
2.2仿真實(shi)驗
　　仿真(zhēn)試驗中(zhōng)，設定線(xian)圈等效(xiào)電感取(qǔ)值範圍(wei)爲162~212mH，間隔(ge)10mH;閉合回(hui)⁉️路等效(xiào)電感範(fàn)圍0.2~1mH,間隔(gé)爲0.2mH;雙電(dian)層電容(róng)、接觸👄電(diàn)阻随流(liú)👅體電🐇導(dao)率變化(huà)🔴而變化(huà)，電導率(lǜ)增大接(jie)觸電阻(zu)和雙電(dian)層🤩電容(rong)減小而(er)電💚荷傳(chuán)遞電阻(zu)增大。可(ke)設定電(diàn)極接觸(chu)電阻、雙(shuang)電層電(diàn)容和電(dian)荷傳遞(dì)電阻範(fan)圍分别(bie)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由(you)公式(7)知(zhi)📱，可用T2表(biǎo)示.上述(shu)三者關(guan)系。仿真(zhēn)參數取(qu)值⛷️不同(tong)情況下(xià)，通過MATLABI具(jù)箱對仿(pang)真測量(liàng)🌈得到的(de)幹擾峰(feng)值進行(háng)曲線拟(ni)合畫🌈出(chu)相應的(de)曲線😍圖(tu)吧。
3結束(shù)語
　　主要(yào)針對電(diàn)磁流量(liàng)計的50Hz工(gong)頻幹擾(rao)，提出采(cǎi)用巴特(te)沃🌐斯帶(dai)阻濾波(bō)的信号(hao)處理方(fāng)法，運用(yong)MATLAB實現巴(ba)特沃斯(si)帶阻濾(lü)波器☂️的(de)設📞計。通(tong)過MATLAB仿真(zhēn)，驗證了(le)本濾波(bo)方法的(de)可行性(xing)，将50Hz工頻(pín)幹擾有(you)效💞地濾(lü)除，研制(zhi)出基于(yu)MSP430的低頻(pin)矩🌍形波(bo)勵磁的(de)轉換器(qì)，并設計(jì)了軟件(jian)系統㊙️，可(kě)以實時(shi)處理信(xìn)号。爲了(le)🎯驗證濾(lǜ)波算法(fa)的可行(háng)性，并測(ce)試電磁(ci)流量計(jì)的測量(liàng)精度，采(cǎi)用标準(zhun)表标定(ding)法進行(háng)了水流(liú)量标定(dìng)實驗。

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