摘(zhāi)要：傳統(tong)電磁流(liú)量計 在(zai)消除微(wēi)分幹擾(rao)時大多(duō)數采用(yong)在硬件(jiàn)電路.上(shàng)消除或(huo)者😍避開(kai)微分幹(gan)擾時段(duan)進行采(cǎi)樣，很少(shao)研究影(ying)響幹擾(rao)的原因(yīn)。基于真(zhen)實電極(jí)情況，建(jian)立電極(jí)回路測(cè)量模型(xing)并基于(yu)模型進(jin)行電💚極(jí)信号仿(pang)真，研究(jiu)了傳感(gan)器參數(shu)和電極(ji)參數變(bian)化☔對微(wēi)分幹擾(rǎo)的影響(xiang)。結果表(biao)明，當參(cān)數取值(zhi)不同時(shi)尖峰幹(gan)擾也不(bú)相同，從(cóng)而爲研(yán)究和消(xiāo)除幹擾(rao)減小測(cè)量誤差(chà)提供理(li)論依據(ju)。
引言
　　電(dian)磁流量(liàng)計是基(jī)于法拉(lā)第電磁(cí)感應定(dìng)律的流(liú)量儀表(biǎo)，主要🏒由(yóu)傳感器(qì)和變送(song)器組成(cheng)，傳感器(qi)将待測(cè)流體轉(zhuǎn)換成電(diàn)信号,變(bian)送✔️器對(dui)電信号(hào)進行一(yī)系列的(de)處理轉(zhuǎn)換成❌實(shi)際對應(ying)的流量(liàng)。理想情(qíng)況下電(dian)極上感(gan)應出的(de)電勢與(yu)流體流(liú)速成正(zhèng)比，但在(zài)實際中(zhōng)🤟電極信(xin)号摻雜(za)許多幹(gàn)擾信号(hao)，主要的(de)幹擾爲(wei)微分💃🏻幹(gàn)擾、同向(xiàng)幹擾、工(gōng)頻幹擾(rao)、共模🈲幹(gàn)擾、串模(mó)幹擾、漿(jiāng)液幹擾(rao)和極化(hua)幹擾等(deng)。爲确保(bǎo)流量計(ji)測量準(zhǔn)确性須(xū)對幹擾(rao)進行抑(yi)制，如采(cǎi)用交流(liu)勵磁克(ke)服極化(hua)幹擾🔞、高(gao)共模抑(yì)♌制比差(cha)分放大(da)器克🍓服(fú)共模幹(gan)擾、勵磁(ci)頻率爲(wèi)工頻整(zhěng)數倍克(ke)服工頻(pin)幹擾、良(liang)好接✨地(di)技術和(he)靜電屏(ping)蔽克服(fu)串模幹(gan)擾、漿液(yè)噪聲符(fú)合1/f特性(xing)可通過(guo)提高勵(lì)磁頻率(lǜ)加以克(ke)🏒服。經上(shàng)述信号(hào)處理方(fang)法之後(hou)電極上(shang)主要的(de)幹擾爲(wei)微分幹(gan)擾。當采(cǎi)用交流(liu)勵磁時(shí)，由于存(cún)在勵磁(cí)線圈等(deng)效電🧑🏽‍🤝‍🧑🏻感(gǎn)，勵磁切(qiē)換過程(cheng)中勵磁(cí)電流存(cun)在漸變(biàn)過程，在(zài)這一過(guo)程中磁(cí)感應強(qiáng)💚度處于(yu)非穩定(ding)狀态，變(bian)化的磁(ci)場穿☔過(guò)由被測(ce)流體、測(cè)量電極(ji)、電極引(yin)出線和(he)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(li)線保持(chi)平行，此(ci)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(deng)價于隻(zhi)有一匝(zā)的次級(jí)線圈且(qiě)回路大(dà)小可♊等(deng)效爲回(huí)路電感(gan)。根據“變(bian)壓器💞效(xiào)應”會産(chan)生🐇一個(gè)尖峰即(ji)微分幹(gan)擾疊加(jiā)在電極(ji)上，影響(xiǎng)流量的(de)測量。
數(shù)據采集(ji)分析
1.1現(xiàn)場實驗(yàn)
　　針對電(dian)磁流量(liang)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(tí)，特去某(mǒu)煤化工(gong)企業進(jìn)行現場(chǎng)數據采(cai)集。該公(gōng)司所使(shǐ)用的對(duì)置式四(sì)噴嘴氣(qi)化爐有(yǒu)4個噴嘴(zuǐ)，噴嘴管(guan)道口徑(jìng)爲125mm,管中(zhōng)♌水煤漿(jiāng)流量基(ji)本穩定(dìng)在19m2/h(流速(sù)🌈約爲0.48m/s)。每(měi)條噴嘴(zui)煤漿線(xian)_上安裝(zhuang)了3台電(dian)磁流量(liang)計，每台(tai)電磁流(liu)量計由(yóu)傳感器(qì)和變送(song)器兩部(bù)分組成(cheng)。選擇其(qi)🍓中1條水(shui)煤漿管(guǎn)線上的(de)1台電磁(ci)💃🏻流量計(jì)進行數(shù)據采集(jí)，因爲該(gai)台電磁(ci)流量計(ji)測量結(jie)果波動(dong)大，甚至(zhì)出現回(hui)💃🏻零的現(xian)象。将課(kè)題組研(yán)制的基(jī)于DSP的電(dian)磁流量(liàng)變送器(qi)的信号(hao)✌️線和勵(li)磁線接(jie)到該💋電(diàn)磁流量(liàng)傳感器(qì)的電極(jí)和勵磁(ci)線圈上(shang),組合成(chéng)完整的(de)電磁流(liú)量計,進(jìn)行水⛹🏻‍♀️煤(mei)漿數據(jù)采集。使(shi)用的電(dian)♈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(kuò)勵磁控(kòng)制系統(tong)和信号(hao)采集處(chu)理系統(tǒng)，具💜體的(de)模塊有(you)勵磁驅(qū)動模塊(kuai)、信号調(diào)理采集(ji)模塊、信(xìn)号處🧑🏾‍🤝‍🧑🏼理(lǐ)控制模(mó)塊、人機(ji)接口模(mo)塊、通信(xìn)模塊及(jí)電💰源管(guan)理模塊(kuài)。信号調(diao)理采集(jí)模塊中(zhōng)的調理(li)電路對(dui)📞一次儀(yí)表輸出(chū)的👌信号(hào)進行放(fàng)大和濾(lǜ)波，截止(zhi)頻率是(shi)2kHz,放大倍(bei)數約爲(wei)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(lù)的輸出(chū)端連接(jie)到數據(ju)采集卡(ka)☎️的一個(gè)差分輸(shu)⛱️人端，并(bìng)設置數(shu)據采集(ji)卡工作(zuò)在差分(fen)的測量(liang)🐇模式，設(shè)置采集(jí)卡的采(cai)樣頻率(lǜ)爲10kHz.采集(jí)多組水(shuǐ)煤漿信(xin)号數據(ju)，每組數(shù)據的時(shí)間長度(dù)爲5min.
1.2數據(jù)分析
　　現(xian)場采集(ji)了25Hz方波(bō)勵磁下(xia)的水煤(méi)漿信号(hào)，發現水(shuǐ)煤漿信(xin)号的幅(fu)值非常(chang)大，甚至(zhì)接近AD的(de)量程上(shang)限。水煤(mei)漿信号(hào)主要由(yóu)感應電(dian)動勢信(xìn)号和電(diàn)極噪聲(shēng)組成。其(qi)中，感應(ying)電動勢(shì)信号是(shi)由導電(diàn)液體切(qie)割磁場(chǎng)産生的(de)，其幅♌值(zhí)和相同(tóng)流量下(xia)介質爲(wei)水的感(gan)應電動(dòng)🏃‍♂️勢幅值(zhi)相同，僅(jǐn)約爲數(shù)十毫伏(fu)。這是因(yin)爲電磁(ci)流量👄計(jì)不受被(bei)測導電(dian)介質的(de)溫度、黏(nian)度、密度(du)以及導(dao)電率的(de)影響，隻(zhi)要經過(guò)水标定(ding)後，就可(kě)以用來(lai)測量其(qí)他導電(dian)液體的(de)流量。電(dian)極噪聲(shēng)是水煤(mei)漿中的(de)固體🤞顆(ke)粒劃過(guo)電極而(ér)引起的(de)信号跳(tiào)變，也稱(chēng)爲漿液(yè)噪聲，具(jù)有強非(fei)平穩✊性(xìng)、随機性(xìng)，頻域具(jù)有近💚似(sì)1/f的特性(xìng)。水煤漿(jiang)信号👉中(zhōng)的漿液(ye)噪聲🐉幅(fu)值非常(chang)大，峰值(zhi)可達數(shù)伏🚩，遠遠(yuǎn)高于與(yu)流量相(xiàng)關的感(gan)應電動(dòng)勢信号(hào)。這給流(liú)量信🌈号(hao)的提取(qǔ)造成了(le)極大的(de)困🔞難”。
2基(jī)于MATLAB的電(diàn)極信号(hao)仿真
2.1仿(páng)真模型(xing)
　　基于Matlab中(zhong)Siumlink對電極(ji)信号進(jìn)行仿真(zhēn)，勵磁方(fāng)式爲三(san)值波勵(li)磁⭐，勵磁(ci)頻率f=25Hz,傳(chuan)感器參(can)數D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁(ci)系統參(cān)數Ue=100V、穩态(tai)電流I0=200mA。由(yóu)公式(1)，在(zài)固定流(liu)速下感(gan)應電勢(shi)與勵磁(ci)電流成(cheng)正比，通(tong)過增加(jia)Gain1模塊得(dé)到感應(yīng)電勢信(xin)号。對勵(li)磁流♊進(jin)行求導(dǎo)即經模(mó)塊🔆Derivative得到(dao)微分噪(zào)聲，其中(zhōng)Gain值與Lx和(he)L1相關。感(gǎn)應電勢(shì)與噪聲(sheng)經Add1疊加(jiā)之後得(de)到電極(ji)信号E1(t)。scope觀(guan)察輸出(chu)信号✌️波(bo)形。将傳(chuan)感器參(cān)數代人(ren)到勵磁(cí)電流穩(wen)态調節(jie)時間公(gong)式中，得(de)電流上(shang)升時間(jian)爲360μs，測得(de)實際上(shang)升時間(jian)爲390μs，兩者(zhě)相差不(bú)大，驗證(zheng)了仿🔆真(zhen)模型的(de)正确性(xìng)。
2.2仿真實(shí)驗
　　仿真(zhen)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(gé)10mH;閉合回(huí)路等👌效(xiao)電感範(fan)圍0.2~1mH,間隔(gé)爲0.2mH;雙電(diàn)層電容(rong)、接觸電(dian)阻随流(liú)體電❌導(dǎo)率變化(hua)🏃而變化(huà)，電導率(lü)增大接(jie)觸電阻(zǔ)和雙電(dian)層電容(róng)減👄小而(er)電荷傳(chuan)遞電阻(zǔ)增大。可(ke)設定電(diàn)極接觸(chu)電阻、雙(shuāng)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(biao)示.上述(shu)三者關(guan)系。仿真(zhēn)參數取(qǔ)值不同(tóng)情況下(xia)，通過MATLABI具(ju)箱對仿(páng)真測量(liàng)得到的(de)幹💋擾峰(fēng)值進行(hang)曲線拟(ni)合畫出(chū)相應的(de)曲線圖(tu)吧。
3結束(shù)語
　　主要(yao)針對電(diàn)磁流量(liàng)計的50Hz工(gōng)頻幹擾(rao)，提出采(cǎi)用巴特(te)☁️沃斯帶(dài)阻濾波(bō)的信号(hao)處理方(fāng)法，運用(yong)MATLAB實現巴(bā)特沃斯(si)帶😄阻濾(lǜ)波器的(de)設計。通(tōng)過MATLAB仿真(zhen)，驗證了(le)本濾波(bo)方法的(de)可行性(xìng)，将50Hz工頻(pín)幹擾有(you)效地濾(lǜ)除，研制(zhì)出基于(yú)MSP430的低頻(pin)矩形波(bō)勵磁的(de)轉換器(qì)，并設計(jì)了軟件(jian)系統🌈，可(ke)以實時(shí)處♊理信(xin)号。爲了(le)驗證濾(lü)波算法(fǎ)的可行(hang)性🏃‍♀️，并測(ce)試電磁(cí)流量計(jì)的測量(liàng)精度，采(cǎi)用标準(zhǔn)表标定(ding)法進行(háng)了水流(liu)量标定(ding)實驗。

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