摘(zhai)要:渦街流量(liàng)計 測量阻流(liu)體時物理信(xin)号動态範圍(wéi)大，尤其在測(cè)量弱信✔️号時(shi)💯易受噪聲影(yǐng)響，因此其前(qian)置放大電路(lù)性能必須充(chong)分考慮電路(lu)本㊙️底噪聲因(yīn)素。分析了φ50型(xing)号氣體渦街(jie)流量計前置(zhì)放大電路的(de)系統噪聲組(zǔ)成，對電路噪(zào)聲進行分析(xī)、計算，得🏃出理(lǐ)論上的電路(lu)本底等效噪(zào)聲🌈值爲4.59μV。利用(yong)Multisim14.0作爲仿真環(huan)境🏒進行測試(shi)驗證，表明利(li)用🤩此電路可(ke)檢測10μV以上的(de)信号。提出的(de)電路設計爲(wei)實際電路優(you)化提供了理(lǐ)論參考依據(ju)。
引言.
　　渦街流(liu)量計在計量(liang)領域具有廣(guǎng)泛的應用場(chǎng)景。目前，若要(yào)利用🔅渦街流(liu)量計實現精(jing)密測量，還需(xu)要處理本底(di)噪☔聲問題，因(yīn)爲它是影響(xiǎng)測量精度的(de)最主🤩要因素(su)㊙️。
　　本文針對上(shàng)述問題，首先(xian)基于中50型号(hào)氣體渦街流(liú)量🔞計的前置(zhi)🌐放大電路進(jin)行分析，将複(fú)雜的電路等(deng)效成💔簡化✍️電(diàn)路;接着🌂在特(te)定渦街流量(liàng)計前置放大(da)電路的基礎(chǔ)上，對前置放(fàng)大器進行噪(zào)聲量化計算(suan)🥵;最後基于✨噪(zào)聲影響情況(kuàng)，進行精度測(ce)量模拟仿真(zhen)👈實驗，證實理(li)💯論計算結果(guǒ)的可靠性。結(jié)果顯示:噪聲(shēng)測量、算法和(he)精度測試，能(neng)夠爲實際電(diàn)路測量🌐中渦(wō)街流量計的(de)性能改善提(ti)供理論參考(kǎo)。
1渦街流量計(jì)計量原理
　　渦(wo)街流量計的(de)原理是在氣(qì)體或液體等(děng)流體中安置(zhì)🐆阻流體，流♋體(tǐ)在經過阻流(liu)體時會交替(tì)産生兩串規(gui)則的旋渦(這(zhe)種旋渦稱爲(wèi)“卡門渦街”)，旋(xuan)渦頻率被壓(yā)力傳🔴感器檢(jian)測到後，利用(yòng)流❄️量Q與頻率(lü)f的關系式測(ce)量流體♈的流(liu)量，即
Q=f/K
　　其中，K是(shi)流量計的流(liú)量系數，可看(kàn)作固定常數(shu)。
2前置放大電(dian)路噪聲分析(xi)
　　本文選取了(le)最典型的中(zhong)50型号氣體渦(wō)街流量計的(de)前置放🙇‍♀️大電(dian)路作爲特定(ding)樣本對噪聲(shēng)進行分析。系(xi)統噪聲包括(kuo)電路内部産(chǎn)生的噪聲(也(yě)稱固有噪聲(sheng))，也包括電路(lù)外部的幹擾(rao)噪聲。前置放(fang)大器的固有(yǒu)噪聲主要包(bāo)括電阻熱噪(zao)聲、集成運算(suàn)放大器自身(shēn)♉的等效噪聲(sheng)。本章主要對(duì)渦街流量計(ji)系統電阻熱(re)❤️噪聲、運算放(fàng)大器自身的(de)等效噪聲進(jin)行分析，外部(bù)幹擾噪聲🐅不(bú)在讨論範圍(wei)之内。
2.1熱噪聲(sheng)原理
(1)電阻熱(rè)噪聲:主要由(you)電子的随機(ji)熱運動引起(qi)，産生噪聲電(dian)⭐壓。電阻兩端(duān)産生的熱噪(zào)聲電壓有效(xiào)值E,滿足
Q=f/K
　　其中(zhong)，k一玻爾茲曼(màn)常數;T一電阻(zǔ)的絕對溫度(du);R一電阻的⭐阻(zu)值,Ω;B一信号帶(dài)寬。
注:在室溫(wen)下(17或290K)，4kT≈1.6x12-16V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻容并(bìng)聯的熱噪聲(sheng):爲了限制頻(pín)帶寬度，有時(shí)要在電阻⭕兩(liǎng)端連接電容(rong)。在阻容并聯(lian)的情況，電路(lù)中開路的熱(re)噪聲有效值(zhí)E10爲
 
　　其中，C-并聯(lián)電容。
　　可以證(zheng)明，無源元件(jiàn)的任意連接(jie)所産生的熱(rè).噪聲等同于(yú)等效網絡阻(zu)抗的實部電(diàn)阻所産生的(de)熱噪聲。
2.2運算(suàn)放大器自身(shen)等效噪聲分(fen)析
　　運算放大(da)器的噪聲模(mo)型也可以用(yòng)等效噪聲模(mo)型替代。圖1所(suǒ)示爲含噪放(fang)大器的電路(lù)圖，圖2爲噪聲(shēng)等效電路。其(qi)✔️中，es是被測信(xin)号電壓，Rs是信(xin)号源的輸出(chu)電🏃🏻阻，e1是電👉阻(zu)熱噪聲等效(xiao)的噪聲電壓(yā)源，en和in分别是(shì)放大器自身(shen)🌈的等效噪聲(sheng)電壓源和電(diàn)流源。
　　設et,en和in互(hu)不相關，噪聲(sheng)電流源可以(yi)轉化爲電壓(yā)源inRs，其有效值(zhi)的平方表示(shi)爲
 
3前置放大(dà)電路噪聲計(jì)算分析
　　因不(bu)同電路的需(xu)求不同，設計(ji)一個電路往(wang)往也需要具(jù)有⛹🏻‍♀️一些其他(ta)功能，例如去(qù)除直流偏置(zhi)、抑制共模信(xin)号等。本章對(duì)該電路進行(hang)合理的簡化(huà)，以更方便地(di)計算噪聲🥰，并(bìng)對噪聲進行(háng)等效分㊙️析與(yu)計算。
 
3.1前置放(fàng)大器電路分(fen)析
　　渦街流量(liang)計前置放大(da)電路如圖3所(suo)示。在該電路(lu)設計中，采用(yòng)了SGM8532芯片，利用(yong)電路的對稱(cheng)性和負反饋(kuì)作🔞用，有效地(di)穩定靜态工(gōng)作🔴點，以放大(da)差模信号，抑(yì)制⭐共模信号(hào)。在J2，R,1和R2的電路(lù)中，交流信号(hao)可以順利通(tōng)過💜①、②，而直流信(xin)👄号因受到✉️C3、C4的(de)影響隻能走(zou)J1,R1和R2的環路,使(shǐ)得😘兩條通路(lu)的直流信号(hào)電位相同，去(qu)除了直流偏(piān)置。在對稱環(huán)路中❓，爲了計(jì)算方便，我們(men)将③等效成地(di)。
　　簡化後的電(dian)路圖和等效(xiao)噪聲電路圖(tu)分别如圖4和(he)圖5所示。
 
3.2噪聲(sheng)估算
　　由式(2)可(ke)知R3和R4串聯所(suǒ)産生的熱噪(zào)聲爲Et=2.65×10-7V;
　　由式(3)可(ke)知阻容并聯(lián)所産生的熱(re)噪聲爲
E10=4.47×10-6V。
　　圖6所(suǒ)示爲SGM8532芯片手(shǒu)冊的部分片(piàn)段，由
　　圖6及式(shi)(5)可得En=1-04×10-6V。
　　由公式(shì)(4)可知，該電路(lu)輸出的噪聲(shēng)有效值爲
 
　　因(yīn)此，理論上該(gai)電路可以檢(jian)測大于10μV(大于(yú)噪聲6dB以_上)的(de)微弱信❌号💋。
4仿(páng)真結果驗證(zheng)
　　本章利用Multisim14.0作(zuò)爲仿真環境(jing)，其自帶的噪(zào)聲源可以使(shǐ)仿真🌈結💋果更(gèng)加正确。放大(da)器爲理想放(fàng)大器，V爲該放(fang)大器等效噪(zao)聲源，确保噪(zao)聲的正确率(lü)。
　　電路仿真結(jie)果如圖7所示(shi)。由仿真結果(guǒ)可以看出，在(zai)🏃‍♂️總💞的噪聲中(zhong)，V(p-p)大概爲2~8μV,與實(shí)際.結果相差(cha)不大，在同一(yī)量級。實際噪(zao)聲稍微小，可(kě)能是輸出頻(pín)率比理論值(zhi)略小導緻的(de)。
5結束語
　　本文(wén)首先簡要介(jiè)紹了渦街流(liú)量計原理及(ji)構.成，然✔️後着(zhe)重⛱️分析了渦(wo)街流量計前(qián)置放大電路(lù)的各種噪聲(shēng)及公式，并以(yi)典型的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻φ50型号(hào)氣體渦街流(liu)量計的前置(zhi)放㊙️大電路作(zuò)爲特定樣本(běn)，在建立噪聲(shēng)模型的基礎(chu).上，簡單、有效(xiao)地計算得到(dào)了渦街流量(liang)計前置👅放大(da)電路的噪聲(sheng)。通過對📱電路(lù)進行仿真驗(yan)證，佐證了理(lǐ)論計算的⁉️有(yǒu)效性。該電路(lù)可以.測量大(dà)于10μV的渦街信(xìn)号，爲後續實(shí)測及電路優(you)化提供理論(lun)參考依據。

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