摘要(yao)：傳統電(diàn)磁流量(liang)計 在消(xiāo)除微分(fèn)幹擾時(shi)大多數(shu)采用在(zài)硬件電(diàn)路上消(xiāo)除或者(zhě)避開微(wēi)分幹擾(rao)時段進(jìn)行采樣(yang)，很少研(yan)究影響(xiang)幹擾的(de)🏃‍♂️原因。基(ji)于真實(shi)電極情(qíng)況，建立(lì)電極回(hui)路測量(liang)模👅型并(bìng)基🔆于模(mó)型進行(hang)電🔅極信(xìn)号🌂仿真(zhen)，研究了(le)🛀傳感器(qi)參數和(he)電極參(can)數變化(hua)對微分(fen)幹擾的(de)影響㊙️。結(jie)果表明(ming)，當參數(shù)取值不(bu)同時尖(jian)峰幹擾(rao)也不相(xiang)同，從而(er)爲研究(jiū)和消除(chú)幹擾減(jian)小測量(liang)誤差提(tí)供理論(lun)依據。
電(dian)磁流量(liàng)計是基(ji)于法拉(lā)第電磁(cí)感應定(dìng)律的流(liú)量儀💘表(biǎo)，主要由(you)傳感器(qì)和變送(sòng)器組成(chéng)，傳感器(qì)将待測(cè)流體轉(zhuǎn)換成電(dian)㊙️信号，變(biàn)送器對(duì)電信号(hao)進行一(yī)系列的(de)處理轉(zhuǎn)換成✉️實(shi)際對應(ying)的流量(liang)。理想㊙️情(qíng)況下電(diàn)極上感(gǎn)應出的(de)電勢與(yu)流體流(liu)速成正(zheng)比，但💁在(zai)實際中(zhong)電極信(xin)号摻✉️雜(zá)許多幹(gàn)擾信号(hao)，主要的(de)幹擾爲(wei)微分幹(gàn)擾、同向(xiang)幹擾、工(gōng)頻幹擾(rǎo)、共模幹(gàn)擾、串模(mo)幹擾、漿(jiang)液📐幹擾(rǎo)和極☂️化(huà)幹擾等(děng)。爲确保(bao)流量計(jì)測量準(zhun)确性須(xū)對🔞幹擾(rǎo)進行抑(yi)制，如采(cǎi)用交流(liu)勵磁克(ke)服極化(huà)幹擾、高(gāo)共模抑(yi)制比差(cha)分放大(da)器克服(fu)共模幹(gàn)擾、勵磁(cí)頻率爲(wèi)工頻整(zhěng)數倍克(kè)服工頻(pín)幹擾、良(liáng)好接🐆地(di)技術和(he)✏️靜電屏(píng)蔽克服(fú)串模幹(gàn)擾、漿💚液(ye)噪聲符(fu)合1／f特性(xìng)可通❄️過(guo)提高勵(lì)磁頻率(lǜ)加以克(ke)服。
　　當采(cai)用交流(liú)勵磁時(shi)，由于存(cun)在勵磁(ci)線圈等(deng)效電感(gǎn)，勵磁切(qie)換過程(chéng)中勵磁(cí)電流存(cun)在漸變(biàn)過程，在(zai)這一過(guo)程中磁(cí)感應強(qiang)度處于(yú)非穩定(ding)狀态，變(biàn)化的磁(cí)場穿過(guo)由被測(ce)流⚽體、測(ce)量電極(ji)、電極引(yǐn)出💞線和(hé)變送器(qi)共同組(zu)成🏃‍♀️的閉(bi)合回路(lù)，實際中(zhōng)該回路(lu)不可能(néng)與磁🔞力(lì)線保持(chí)平行，此(cǐ)時勵磁(ci)線圈相(xiang)當于😄變(biàn)壓器的(de)初🌏級線(xiàn)圈，閉合(hé)回路等(deng)價于隻(zhī)有一匝(za)的次級(ji)線圈且(qie)回路大(da)小可等(děng)效爲回(huí)路電感(gan)。根據“變(biàn)壓器效(xiào)應”會✔️産(chǎn)生一個(ge)尖峰即(ji)微分幹(gan)擾疊加(jia)在電極(jí)🐪上，影響(xiǎng)流量的(de)測量。
1微(wēi)分幹擾(rao)相關研(yán)究
　　當前(qián)消除微(wei)分噪聲(shēng)主要從(cóng)信号處(chù)理方面(miàn)入手，并(bing)未對💰影(ying)響✊噪聲(shēng)的因素(su)加以研(yan)究。建立(lì)電極測(cè)量回路(lu)等效模(mo)㊙️型，給出(chu)仿真模(mo)型搭建(jian)、參數取(qǔ)值和仿(pang)真💯結果(guo)分析。
2電(dian)極測量(liàng)回路模(mo)型建立(lì)
2.1測量回(huí)路等效(xiao)模型
　　測(cè)量電極(ji)與流體(tǐ)介質接(jiē)觸時會(hui)發生電(dian)化學反(fǎn)應［7］在電(dian)極－溶液(yè)界面形(xíng)成阻抗(kàng)，通常由(yóu)法拉第(dì)阻抗與(yǔ)雙電層(ceng)電容并(bing)聯組成(chéng)。法拉第(dì)過程分(fèn)爲電荷(he)傳遞過(guò)程和擴(kuò)散過程(cheng)，相應的(de)法拉第(dì)阻抗由(you)電荷傳(chuan)遞電阻(zǔ)與擴散(san)阻抗串(chuàn)聯組成(chéng)。一般電(diàn)磁流量(liàng)計的勵(lì)磁頻率(lǜ)大于1Hz，而(ér)擴散阻(zǔ)抗👅發生(shēng)在更低(di)頻率内(nèi)，不考慮(lü)擴散過(guo)程，電極(ji)等效阻(zǔ)抗爲電(dian)荷傳遞(dì)電阻與(yǔ)雙電層(céng)電容🈲并(bing)聯後再(zai)與電極(ji)接觸電(dian)阻串聯(lián)。基于電(dian)極阻抗(kang)建立的(de)電極等(děng)效測量(liang)回路如(ru)圖💛1所示(shì)。

　　圖中(zhōng)：Rs1和Rs2爲電(dian)荷傳遞(di)電阻；C1和(he)C2爲雙電(dian)層電容(rong)；Rt爲兩個(gè)測量🔞電(diàn)❌極💯間🔴的(de)接觸電(diàn)阻滿足(zú)Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(ci)線圈等(deng)效電感(gan)；L1爲閉合(he)回路等(deng)效電感(gǎn)；R1和R2爲放(fàng)大器輸(shu)入電阻(zǔ)；P1和P2爲由(yóu)“變壓器(qì)效應”疊(die)加在測(cè)量電極(jí)上的微(wēi)分幹擾(rao)；U1爲流體(ti)切✔️割磁(ci)力線産(chǎn)生的感(gǎn)應電勢(shì)；Ue爲勵磁(cí)電壓💚。假(jiǎ)設磁感(gǎn)應💋強度(du)由勵磁(ci)電流決(jué)定且成(cheng)正比關(guān)系即B＝aI，忽(hu)略串模(mó)等幹擾(rao)則電極(ji)間電壓(yā)爲感應(yīng)電勢與(yu)微分幹(gan)擾的疊(dié)加，基本(ben)方程如(rú)下：

則微(wēi)分幹擾(rǎo)的量化(huà)表達式(shi)爲：

　　式中(zhong)，Rx爲勵磁(ci)線圈銅(tóng)耗電阻(zǔ)。由于在(zai)兩個測(cè)量電極(ji)上🌈感應(yīng)♊出⚽的流(liú)量信号(hao)大小相(xiàng)等方向(xiang)相反，可(kě)對其中(zhōng)一個電(diàn)極進行(hang)研究。對(duì)于電極(ji)A，假設單(dan)電極回(huí)路♉的總(zong)阻🔆抗爲(wei)ZA，則：

2.2參數(shu)取值
　　電(diàn)極上的(de)感應電(diàn)動勢在(zài)沒有經(jing)過放大(dà)之前一(yī)般很小(xiao)☂️，取♊值在(zai)幾毫伏(fú)到幾百(bai)毫伏之(zhi)内，仿真(zhen)中流速(su)感應💰電(diàn)勢取10mV。放(fang)大器的(de)輸🚶‍♀️入電(dian)阻遠遠(yuan)大于内(nei)阻，文獻(xiàn)［8］中給出(chu)電荷傳(chuán)遞電阻(zǔ)爲Rs＝50Ω。電🔞極(jí)接觸電(dian)阻與溶(róng)液❤️電導(dao)率有關(guān)一般取(qǔ)Rt＝15kΩ。雙電層(ceng)電容C1＝20μF。将(jiāng)各參數(shù)值代入(rù)到式（7）中(zhōng)，可得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理(lǐ)想情況(kuàng)兩㊙️個電(diàn)極參數(shu)📱取值相(xiang)等，實際(ji)中兩者(zhě)會存在(zai)差異對(duì)于電極(jí)B可取K1＝0.997，T1＝9.75×10－4，T2＝9.74×10－4。
3基(jī)于MATLAB的電(dian)極信号(hao)仿真
3.1仿(páng)真模型(xing)
　　基于Matlab中(zhong)Siumlink對電極(ji)信号進(jin)行仿真(zhen)，勵磁方(fāng)式爲三(sān)值波勵(li)磁🧡，勵磁(cí)頻📱率f＝25Hz，傳(chuan)感器參(cān)數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵磁(cí)系統參(can)數Ue＝100V、穩态(tài)電流I0＝200mA。
　　基(ji)于電極(jí)測量回(hui)路搭建(jian)的仿真(zhen)模型如(ru)圖2所示(shì)，圖中信(xìn)号模塊(kuai)pulsGenerator通過加(jiā)法器、乘(chéng)法器得(dé)到勵磁(ci)電流。由(you)公式👈（1），在(zai)固定流(liú)速下感(gan)應電勢(shì)與勵磁(ci)電流成(chéng)正比，通(tōng)過增加(jia)Gain1模塊❓得(dé)到感🈲應(ying)電勢信(xìn)号。對勵(lì)磁電流(liú)進行求(qiú)導即經(jing)模塊Derivative得(dé)到微分(fen)噪聲，其(qí)中Gain值與(yu)Lx和L1相關(guān)。感應電(diàn)勢與噪(zào)聲經Add1疊(dié)加之後(hòu)得到電(diàn)極信号(hao)E1（t）。scope觀察🚩輸(shū)出信号(hao)波形。
　　仿(páng)真波形(xing)和真實(shi)波形如(rú)圖3所示(shì)。将傳感(gan)器參數(shu)代入到(dào)勵磁電(dian)⛷️流穩态(tài)調節時(shi)間［9］公式(shi)中，得電(diàn)流上升(sheng)時間爲(wei)360μs，測得實(shi)際上升(sheng)時間爲(wèi)390μs，兩者相(xiàng)差不大(dà)，驗證了(le)仿真模(mó)型的正(zhèng)确性。


3.2仿真(zhen)實驗
　　仿(pang)真試驗(yan)中，設定(ding)線圈等(deng)效電感(gan)取值範(fàn)圍爲162～212mH，間(jiān)隔10mH；閉⁉️合(he)回路等(deng)效電感(gǎn)範圍0.2～1mH，間(jian)隔爲0.2mH；雙(shuang)電層電(dian)容、接觸(chù)電阻随(sui)流體電(diàn)導率變(biàn)化而變(biàn)化，電導(dao)率增大(dà)接觸電(dian)阻和雙(shuāng)電層電(diàn)容減小(xiao)而電✌️荷(hé)傳遞電(dian)阻增大(da)。可🔱設定(dìng)電極接(jie)觸電阻(zu)、雙電層(céng)電☎️容和(he)電荷傳(chuán)遞電阻(zǔ)📱範圍分(fen)别爲5～15kΩ、10～20μF和(hé)50～60Ω，由公式(shi)（7）知，可用(yong)T2表示上(shàng)述三者(zhě)關系㊙️。仿(páng)真參數(shù)取值不(bú)同情況(kuàng)下，通過(guo)MATLAB工具箱(xiang)對仿真(zhēn)測量得(de)到的幹(gan)擾峰值(zhi)進行曲(qǔ)線拟合(hé)畫出相(xiang)應的曲(qǔ)👄線✨圖。其(qí)中仿真(zhen)數據💚和(he)相對應(ying)的曲線(xian)方程如(rú)表1～表4所(suo)示，曲線(xiàn)圖如圖(tú)4～圖6。

3.3仿真(zhēn)結果分(fen)析
　　圖4爲(wèi)改變勵(li)磁線圈(quān)等效電(dian)感其它(tā)值保持(chi)不變時(shi)測得的(de)幹擾結(jie)果，可以(yǐ)看出，當(dang)線圈等(deng)效電感(gan)取值不(bú)同時，幹(gan)擾峰值(zhí)存在變(bian)化，電感(gǎn)越大線(xian)圈中電(dian)流上升(shēng)（下💯降）時(shi)間越長(zhǎng)，微分幹(gan)擾越大(da)。

　　圖(tu)5爲改變(bian)測量回(huí)路等效(xiao)電感即(jí)等價于(yú)改變交(jiāo)變磁力(lì)線🤟穿過(guò)測量回(huí)路等效(xiao)面積時(shi)測得的(de)幹擾結(jie)果，随着(zhe)值增大(da)幹擾❌呈(cheng)逐漸增(zēng)大的趨(qū)勢。因此(ci)要避免(mian)電極🏃🏻走(zou)線偏離(li)，盡量保(bǎo)持回路(lu)與磁力(lì)線平行(hang)以減小(xiǎo)幹擾。

　　圖6爲電(dian)極等效(xiao)阻抗值(zhi)變化時(shí)測得的(de)幹擾結(jie)果，當👣溶(rong)液電導(dǎo)率改變(biàn)時電極(jí)等效阻(zǔ)抗值變(biàn)化，同樣(yàng)會🍓對微(wēi)⭕分噪💃聲(sheng)産生較(jiào)大影響(xiang)。電導率(lǜ)越大幹(gàn)擾峰值(zhi)越小。

4結(jié)束語
　　運(yun)用MATLAB仿真(zhen)軟件對(dui)電磁流(liú)量計電(dian)極信号(hào)進行建(jian)模仿真(zhēn)，通過該(gāi)🍓模型分(fèn)析勵磁(ci)線圈等(děng)效電感(gan)、閉合回(hui)路和電(diàn)極等效(xiao)阻抗取(qu)值變化(huà)情況下(xià)微分幹(gan)擾變化(hua)，得到影(ying)響微💁分(fen)幹擾原(yuan)因。

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