摘要(yao)：傳統電(dian)磁流量(liang)計 在消(xiao)除微分(fèn)幹擾時(shi)大多數(shù)采用在(zai)硬件電(diàn)路上消(xiao)除或🔞者(zhe)避開微(wēi)分幹擾(rǎo)時段進(jin)行采樣(yang)，很少研(yan)究影響(xiang)幹擾的(de)原因。基(jī)于真實(shí)電極情(qíng)況，建立(lì)電極回(hui)路測量(liàng)模型并(bing)基于模(mó)型進行(háng)電🌈極信(xìn)号仿真(zhēn)，研究了(le)傳感器(qì)參數和(hé)電極參(can)數變化(huà)對微分(fen)幹擾的(de)影響。結(jié)果表明(ming)，當參數(shù)取值不(bu)同時尖(jiān)峰幹擾(rao)也不相(xiàng)同，從而(er)爲研究(jiu)和消除(chu)幹擾減(jiǎn)小測量(liang)誤差提(ti)供理論(lun)依據。
電(dian)磁流量(liàng)計是基(ji)于法拉(la)第電磁(ci)感應定(dìng)律的流(liú)量儀表(biǎo)，主👈要🧑🏽‍🤝‍🧑🏻由(you)傳感器(qi)和變送(sòng)器組成(cheng)，傳感器(qì)将待測(ce)⭐流體轉(zhuǎn)換🌈成電(dian)信号，變(biàn)送器對(duì)電信号(hao)進行一(yi)系列的(de)處理轉(zhuǎn)換成實(shi)際對應(yīng)的流量(liang)。理想㊙️情(qing)況下電(diàn)極上感(gan)應出的(de)電勢與(yu)流體流(liu)速成正(zhèng)比，但在(zài)實際中(zhōng)電極信(xìn)号摻雜(za)許多幹(gàn)擾‼️信号(hào)，主要的(de)幹擾爲(wèi)微分✊幹(gàn)擾、同向(xiang)幹擾、工(gōng)頻幹擾(rǎo)、共模💋幹(gàn)擾、串模(mó)幹擾、漿(jiāng)液幹擾(rao)和極化(hua)幹擾等(děng)。爲确保(bǎo)流量計(ji)測量準(zhun)确性須(xū)對幹擾(rao)進行抑(yì)制，如❓采(cǎi)用交流(liu)勵磁克(kè)服🌈極化(hua)幹擾、高(gao)共模抑(yì)✂️制比差(chà)分放大(dà)器克服(fu)共模幹(gan)擾、勵磁(cí)頻🛀🏻率爲(wei)工頻整(zhěng)數倍克(ke)服工頻(pin)幹擾、良(liáng)好接地(di)技術和(he)靜電屏(píng)蔽克服(fú)串模幹(gan)擾、漿液(ye)噪聲符(fu)合1／f特性(xìng)可通過(guò)提㊙️高勵(lì)磁頻率(lǜ)加以克(kè)服。
　　當采(cai)用交流(liú)勵磁時(shi)，由于存(cún)在勵磁(ci)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(bian)過程，在(zai)這一過(guo)程📐中磁(cí)感應強(qiang)度處于(yu)非穩定(dìng)狀态，變(biàn)化的磁(ci)場穿過(guo)由被測(cè)流體、測(cè)量電極(ji)、電極引(yǐn)出🍓線和(hé)變送器(qì)共同組(zǔ)成的閉(bì)合回☔路(lu)，實際中(zhong)該回路(lù)不可能(neng)與磁力(lì)線保持(chí)平行，此(cǐ)時勵磁(cí)💰線圈相(xiàng)當于變(bian)壓器的(de)初級線(xian)圈，閉合(hé)回路等(deng)價于隻(zhi)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(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(xiang)流量的(de)測量。
1微(wēi)分幹擾(rǎo)相關研(yán)究
　　當前(qian)消除微(wei)分噪聲(sheng)主要從(cóng)信号處(chù)理方面(mian)入手，并(bing)🌈未對影(ying)🤟響噪聲(sheng)的因素(su)加以研(yán)究。建立(lì)電極測(ce)量回路(lu)等❄️效模(mó)型，給出(chu)仿真模(mo)👄型搭建(jian)、參數取(qǔ)值和仿(páng)真結果(guǒ)分✂️析。
2電(dian)極測量(liàng)回路模(mo)型建立(lì)
2.1測量回(hui)路等效(xiao)模型
　　測(cè)量電極(jí)與流體(ti)介質接(jie)觸時會(huì)發生電(diàn)化學反(fan)應［7］在🔴電(dian)極💘－溶液(ye)🛀🏻界面形(xing)成阻抗(kang)，通常由(you)法拉第(di)阻抗與(yu)雙電層(céng)電😄容并(bìng)聯組成(chéng)。法拉第(dì)過程分(fen)爲電荷(he)傳遞過(guo)程和擴(kuo)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(sàn)阻抗串(chuàn)聯組成(cheng)。一💛般電(dian)磁流量(liàng)計的勵(lì)磁頻率(lǜ)大于1Hz，而(ér)擴散阻(zu)抗發生(sheng)在更低(dī)👌頻率内(nèi)，不考慮(lǜ)擴散過(guo)程，電極(jí)等效阻(zu)抗爲電(dian)荷傳遞(dì)電阻與(yǔ)雙電層(ceng)電容并(bìng)聯後⭐再(zài)與電極(jí)接觸電(dian)阻串聯(lián)。基于電(dian)極♋阻抗(kang)建立的(de)電極✂️等(deng)效測量(liàng)回路如(ru)💃🏻圖👣1所示(shi)。

　　圖中(zhōng)：Rs1和Rs2爲電(diàn)荷傳遞(dì)電阻；C1和(hé)C2爲雙電(diàn)層電容(rong)；Rt爲兩個(ge)測量電(diàn)極間的(de)接觸電(dian)阻滿足(zú)Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(cí)線圈等(deng)效電🧑🏽‍🤝‍🧑🏻感(gan)；L1爲🔞閉合(hé)回路等(děng)效電感(gan)；R1和R2爲放(fang)大器輸(shu)入電阻(zu)；P1和P2爲由(you)“變壓器(qì)效應”疊(die)加在測(cè)量電極(jí)上的微(wēi)分幹擾(rǎo)；U1爲流體(ti)切割磁(ci)力線産(chan)生的感(gan)應電勢(shì)；Ue爲勵磁(cí)電壓。假(jiǎ)設磁感(gǎn)應強度(dù)由勵磁(ci)電流決(jue)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(ya)爲感應(yīng)電勢與(yu)微分幹(gan)擾的疊(die)加，基本(běn)方程如(rú)下：

則微(wei)分幹擾(rao)的量化(hua)表達式(shi)爲：

　　式中(zhong)，Rx爲勵磁(ci)線圈銅(tóng)耗電阻(zǔ)。由于在(zài)兩個測(ce)量電極(jí)💔上感應(ying)出的流(liu)量信号(hào)大小相(xiàng)等方向(xiàng)相反，可(ke)對其🐉中(zhōng)一個電(diàn)🧡極進行(hang)研🍓究。對(duì)于電極(ji)A，假設單(dān)電極回(huí)路的總(zǒng)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(jīng)過放大(da)之前一(yī)般很小(xiǎo)，取值在(zài)幾毫伏(fu)到幾百(bai)毫伏之(zhi)内，仿真(zhen)中流速(su)❤️感應電(diàn)勢🈲取10mV。放(fàng)大器的(de)輸入電(diàn)阻遠遠(yuan)大于内(nèi)阻，文獻(xian)［8］中給出(chu)電荷💘傳(chuán)遞電阻(zu)爲Rs＝50Ω。電極(ji)接觸電(diàn)阻與溶(rong)液電導(dao)率有關(guan)一般取(qǔ)Rt＝15kΩ。雙電層(céng)電容C1＝20μF。将(jiāng)各參數(shu)值代入(rù)到式（7）中(zhong)，可得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理(li)想情況(kuàng)兩🔞個電(dian)極參數(shù)取值相(xiang)等，實💘際(jì)中兩者(zhe)會存在(zài)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(diàn)極信号(hao)仿真
3.1仿(pang)真模型(xíng)
　　基于Matlab中(zhong)Siumlink對電極(ji)信号進(jin)行仿真(zhen)，勵磁方(fang)式爲三(sān)值波勵(lì)磁，勵磁(ci)♊頻率f＝25Hz，傳(chuan)感器參(cān)數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵磁(ci)系統參(cān)數Ue＝100V、穩态(tai)電流I0＝200mA。
　　基(jī)于電極(ji)測量回(hui)路搭建(jian)的仿真(zhēn)模型如(ru)圖2所示(shi)，圖中⭐信(xin)号模👣塊(kuài)pulsGenerator通過加(jia)法器、乘(chéng)法器得(de)到勵磁(ci)電流。由(yóu)🔞公式（1），在(zài)固定流(liu)🏃🏻‍♂️速下💋感(gǎn)應電勢(shì)與勵磁(cí)電流成(chéng)正比♉，通(tōng)過增加(jia)Gain1模塊得(de)到感應(yīng)電勢🐅信(xìn)号。對勵(li)磁電流(liú)進行求(qiu)導即經(jīng)模塊Derivative得(de)到微分(fèn)噪❌聲，其(qí)中Gain值與(yu)Lx和L1相關(guān)❄️。感應電(dian)勢與噪(zào)聲經Add1疊(dié)加之後(hou)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(xíng)和真實(shi)波形如(ru)圖3所示(shì)。将傳感(gǎn)器參數(shù)代入到(dao)勵磁電(dian)流穩态(tài)調節時(shí)間［9］公式(shi)中，得電(dian)流上升(sheng)時間爲(wei)360μs，測得實(shí)💜際上升(sheng)時間爲(wei)390μs，兩者相(xiang)差不大(da)，驗證了(le)仿真模(mó)型的正(zheng)确性🙇‍♀️。


3.2仿真(zhen)實驗
　　仿(pang)真試驗(yàn)中，設定(dìng)線圈等(děng)效電感(gǎn)取值範(fàn)圍爲162～212mH，間(jian)隔10mH；閉合(he)回路🔞等(děng)效電感(gan)範圍0.2～1mH，間(jian)隔爲0.2mH；雙(shuāng)電層電(diàn)容、接觸(chu)電阻随(sui)流👣體電(diàn)導率變(bian)化而變(bian)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(diàn)阻增大(dà)。可設定(dìng)電極接(jie)觸電阻(zǔ)、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(he)50～60Ω，由公式(shi)（7）知，可用(yong)T2表示上(shàng)述三者(zhe)關系🐅。仿(pang)真參數(shù)取🏃值🚶不(bú)同情況(kuang)下，通🔆過(guò)MATLAB工具箱(xiang)對仿真(zhen)測量得(de)到的幹(gàn)擾峰值(zhi)進行曲(qǔ)線拟合(he)畫出相(xiàng)應的曲(qǔ)線圖。其(qí)中仿真(zhēn)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(tu)4～圖6。

3.3仿真(zhēn)結果分(fen)析
　　圖4爲(wèi)改變勵(lì)磁線圈(quan)等效電(diàn)感其它(ta)值保持(chí)不變時(shi)測得的(de)幹擾結(jie)果，可以(yi)看出，當(dang)線圈等(děng)效電感(gǎn)取值不(bu)同♋時，幹(gàn)擾峰值(zhi)存在變(biàn)化，電感(gan)越大線(xian)圈中電(diàn)流上升(sheng)（下💛降）時(shí)間越長(zhang)，微分幹(gàn)擾越大(da)。

　　圖(tu)5爲改變(biàn)測量回(hui)路等效(xiào)電感即(jí)等價于(yu)改變交(jiao)變磁力(li)線穿過(guo)測量回(huí)路等效(xiao)面積時(shí)測得的(de)幹擾結(jié)果，随着(zhe)值增大(dà)🌂幹擾呈(chéng)逐漸增(zēng)大的趨(qū)勢。因此(cǐ)要避😘免(miǎn)電極走(zǒu)線偏💃離(li)，盡量保(bao)持回路(lù)與磁力(li)線平行(háng)以減小(xiǎo)幹擾👈。

　　圖6爲電(dian)極等效(xiao)阻抗值(zhí)變化時(shí)測得的(de)幹擾結(jié)果，當溶(rong)㊙️液電導(dao)率改變(biàn)時電極(ji)等效阻(zǔ)抗值變(bian)化，同樣(yang)會對微(wēi)分噪聲(shēng)産生較(jiào)🐇大影💛響(xiang)。電導率(lü)越大幹(gan)擾峰值(zhí)越小。

4結(jie)束語
　　運(yùn)用MATLAB仿真(zhēn)軟件對(duì)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(fen)析勵磁(ci)線圈等(děng)效電感(gǎn)、閉合回(huí)路和電(dian)極🐇等效(xiao)阻抗取(qu)值變化(hua)情況下(xià)微分幹(gàn)擾變化(huà)，得到影(ying)響微⛱️分(fèn)幹擾原(yuan)因。

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