摘要:渦街流量計(jì) 測量阻流體時物(wu)理信号動态範圍(wéi)大，尤其在測量弱(ruò)信号🈲時易受噪聲(shēng)影響，因此其前置(zhi)放大電路性能必(bi)須充分考🚶‍♀️慮電路(lu)本底噪聲因素。分(fen)析了φ50型号🆚氣體渦(wō)街流量計前置放(fàng)大電路的系統噪(zào)聲組成，對電路噪(zao)聲進行分析、計算(suan)，得出理論上的電(dian)路本底等效噪聲(sheng)值爲4.59μV。利用Multisim14.0作💞爲仿(páng)真環境進行測試(shi)驗證，表明利用🐕此(ci)電路可檢測10μV以上(shang)的信号。提出的電(diàn)路設計爲實際電(dian)路優化提供了理(lǐ)論參考依據。
引言(yan).
　　渦街流量計在計(ji)量領域具有廣泛(fan)的應用場景。目前(qián)，若要🈚利用😄渦街流(liú)量計實現精密測(ce)量，還需要處理本(běn)底噪聲問題，因爲(wei)它是影響測量精(jing)度的最主要因素(sù)。
　　本文針對上述問(wen)題，首先基于中50型(xing)号氣體渦街流量(liang)計的前置放大電(dian)路進行分析，将複(fu)雜的電路等效成(cheng)簡化電路;接着在(zài)特💘定渦街流量計(jì)前置放大電路的(de)基礎上，對前置放(fàng)大器進行噪聲量(liang)化計算;最後基于(yu)噪聲影響情況，進(jin)行精度測量模拟(ni)仿真㊙️實驗，證實理(lǐ)論計算結果的可(ke)靠性。結果顯示:噪(zao)聲測量、算法和精(jing)度測試，能夠爲📐實(shi)際電路測量中渦(wo)街流量計的性能(neng)改善提供理論參(can)考。
1渦街流量計計(ji)量原理
　　渦街流量(liang)計的原理是在氣(qì)體或液體等流體(ti)中安置阻流體，流(liú)⚽體在經過阻流體(ti)時會交替産生兩(liǎng)串🌈規則的旋渦(這(zhe)💞種旋渦稱爲“卡門(mén)渦街”)，旋渦頻率被(bei)壓力傳感器檢測(ce)到後，利用流量Q與(yǔ)頻率f的關系式測(cè)量流體的流量，即(ji)
Q=f/K
　　其中，K是流量計的(de)流量系數，可看作(zuo)固定常數。
2前置放(fàng)大電路噪聲分析(xi)
　　本文選取了最典(dian)型的中50型号氣體(tǐ)渦街流量計的前(qian)置放大🌂電路作爲(wèi)特定樣本對噪聲(sheng)進行分析。系統噪(zao)聲包括電路内部(bu)産生的噪聲(也稱(cheng)固有噪聲)，也包括(kuò)電路外部的幹擾(rǎo)噪聲。前置放大器(qì)的固有噪聲主要(yào)包括電阻👉熱噪聲(shēng)、集成運算放大器(qì)自身✔️的等效噪聲(sheng)。本章主要對渦街(jiē)流量計💃系統電阻(zǔ)熱噪聲、運算放大(da)器自身的等效🆚噪(zao)聲進行分析，外部(bù)幹擾噪聲💘不在讨(tǎo)論範圍🈲之内。
2.1熱噪(zao)聲原理
(1)電阻熱噪(zào)聲:主要由電子的(de)随機熱運動引起(qǐ)，産生噪聲電壓🧡。電(dian)📐阻兩端産生的熱(re)噪聲電壓有效值(zhí)E,滿🛀🏻足
Q=f/K
　　其中，k一玻爾(er)茲曼常數;T一電阻(zǔ)的絕對溫度;R一電(dian)阻的阻值,Ω;B一信号(hao)帶寬。
注:在室溫下(xià)(17或290K)，4kT≈1.6x12-16V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻容并聯的熱(rè)噪聲:爲了限制頻(pín)帶寬度，有時要在(zai)電阻兩端連接電(dian)容。在阻容并聯的(de)情況，電路中開路(lu)的熱噪🌈聲有💋效值(zhi)E10爲
 
　　其中，C-并聯電容(róng)。
　　可以證明，無源元(yuán)件的任意連接所(suo)産生的熱.噪聲等(deng)同于等💃🏻效網絡阻(zu)抗的實部電阻所(suǒ)産生的熱噪聲。
2.2運(yùn)算放大器自身等(deng)效噪聲分析
　　運算(suàn)放大器的噪聲模(mo)型也可以用等效(xiao)噪聲模型替代。圖(tu)🙇🏻1所示👅爲含噪放大(dà)器的電路圖，圖2爲(wèi)噪聲等效電路。其(qí)㊙️中，es是被測信号電(dian)壓，Rs是信号源的輸(shū)出電阻，e1是電阻熱(rè)噪聲等效的噪聲(shēng)電壓源，en和in分别是(shì)放👌大器自身的等(deng)效噪🔞聲電壓源和(hé)電流源。
　　設et,en和in互不(bu)相關，噪聲電流源(yuán)可以轉化爲電壓(ya)源inRs，其有效值的平(píng)方表示爲
 
3前置放(fàng)大電路噪聲計算(suan)分析
　　因不同電路(lu)的需求不同，設計(ji)一個電路往往也(yě)需💋要具有一些其(qi)他功能，例如去除(chu)直流偏置、抑制共(gong)模信🤞号等㊙️。本章對(duì)該🌈電路進行合理(li)的簡化，以更方便(biàn)地計算噪聲，并對(dui)噪聲進行等效分(fèn)析與計算。
 
3.1前置放(fàng)大器電路分析
　　渦(wō)街流量計前置放(fàng)大電路如圖3所示(shi)。在該電路設計中(zhong)⛷️，采用了💃SGM8532芯片，利用(yòng)電路的對稱性和(hé)負反饋作用，有效(xiào)地穩定靜态工作(zuò)點，以放大差模信(xin)号，抑制共模信👉号(hao)。在J2，R,1和♍R2的電路中，交(jiāo)流信号可以順利(li)通過🏃🏻①、②，而直流信号(hao)因受到☎️C3、C4的影響隻(zhi)能走J1,R1和R2的環路,使(shǐ)得❤️兩條通路的直(zhí)流信号電位相同(tóng)，去除了直流偏置(zhi)。在對稱環路中，爲(wei)了計算方便，我們(men)将③等效成地。
　　簡化(hua)後的電路圖和等(děng)效噪聲電路圖分(fèn)别如圖4和✌️圖5所示(shi)。
 
3.2噪聲估算
　　由式(2)可(ke)知R3和R4串聯所産生(sheng)的熱噪聲爲Et=2.65×10-7V;
　　由式(shì)(3)可知阻容并聯所(suǒ)産生的熱噪聲爲(wèi)
E10=4.47×10-6V。
　　圖6所示爲SGM8532芯片手(shǒu)冊的部分片段，由(yóu)
　　圖6及式(5)可得En=1-04×10-6V。
　　由公(gong)式(4)可知，該電路輸(shū)出的噪聲有效值(zhí)爲
 
　　因此，理論上該(gāi)電路可以檢測大(da)于10μV(大于噪聲6dB以_上(shàng))的微弱💋信✊号🏃‍♀️。
4仿真(zhēn)結果驗證
　　本章利(lì)用Multisim14.0作爲仿真環境(jìng)，其自帶的噪聲源(yuan)可以使仿🍓真☂️結果(guo)更加正确。放大器(qi)爲理想放大器，V爲(wèi)該放💁大器等效噪(zao)聲源，确⁉️保噪聲的(de)正确率。
　　電路仿真(zhēn)結果如圖7所示。由(yóu)仿真結果可以看(kan)出，在📧總的噪聲中(zhong)，V(p-p)大概爲2~8μV,與實際.結(jié)果相差不大，在同(tong)一量級。實際噪聲(shēng)稍微小，可能是輸(shū)出頻率比理論值(zhí)略小導緻的。
5結束(shù)語
　　本文首先簡要(yào)介紹了渦街流量(liàng)計原理及構.成，然(ran)💰後着重分析🔴了渦(wō)街流量計前置放(fàng)大電路的各種噪(zào)聲及公式，并以典(dian)型的♌φ50型号氣體渦(wō)街流量計的前置(zhi)放大電路作爲特(te)定樣本，在建立噪(zao)聲模型的基礎.上(shàng)，簡單、有效地計算(suan)得到了渦街流㊙️量(liang)計前置放大電路(lu)的噪聲。通過對電(diàn)路進行仿真驗證(zhèng)，佐證了理論計算(suàn)的有效性。該電路(lù)可以.測量大于👉10μV的(de)渦街信号，爲後續(xu)實💯測及電🌐路優化(hua)提供理論參考依(yī)據🛀🏻。

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