摘(zhai)要：傳統(tǒng)電磁流(liú)量計 在(zai)消除微(wei)分幹擾(rǎo)時大多(duo)數采用(yòng)在硬件(jiàn)電路.上(shang)消除或(huò)者避開(kai)微分幹(gan)擾時段(duan)進行采(cǎi)樣，很少(shǎo)研究影(yǐng)響幹擾(rao)的原因(yin)💋。基于真(zhēn)實電極(jí)情況，建(jian)立電極(ji)回路測(cè)量模型(xing)并基于(yú)模型進(jìn)行電極(jí)信号仿(páng)真，研究(jiu)了傳感(gan)器參數(shu)和電極(ji)參數變(bian)化🌈對微(wei)分幹擾(rǎo)的影響(xiǎng)。結果表(biao)明，當參(cān)數取值(zhí)不同時(shi)尖峰幹(gan)擾也不(bu)相同，從(cong)而爲研(yan)究🌍和消(xiao)除幹擾(rao)減小測(ce)量誤差(chà)提供理(li)論🧑🏾‍🤝‍🧑🏼依據(jù)。
引言
　　電(dian)磁流量(liàng)計是基(jī)于法拉(lā)第電磁(cí)感應定(ding)律的流(liú)量儀表(biao)，主要🙇‍♀️由(yóu)📱傳感器(qì)和變送(sòng)器組成(chéng)，傳感器(qi)将待測(cè)流體轉(zhuan)換💯成電(diàn)信号,變(bian)送器對(duì)電信号(hao)進行一(yi)系列的(de)處理轉(zhuǎn)換成實(shí)際對應(yīng)的流♈量(liang)。理想情(qíng)況下電(dian)極上感(gan)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(za)許多幹(gàn)擾信号(hao)，主要的(de)幹擾爲(wèi)微分幹(gàn)擾、同向(xiàng)幹擾、工(gong)頻幹擾(rǎo)、共模幹(gàn)擾、串模(mo)幹擾、漿(jiāng)液幹擾(rao)和極化(hua)幹擾等(děng)。爲确保(bao)流量計(jì)測量準(zhǔn)确性須(xu)對幹擾(rǎo)進行抑(yi)制，如采(cai)用交流(liú)勵磁克(kè)服極化(huà)幹擾、高(gao)共模抑(yi)制比差(cha)分放大(da)器克服(fú)共模幹(gàn)擾、勵磁(ci)頻㊙️率爲(wèi)工頻整(zheng)數倍克(kè)服工頻(pin)幹擾、良(liang)好接地(di)技術和(he)㊙️靜電屏(ping)蔽克服(fú)串模幹(gàn)擾、漿液(yè)噪聲符(fú)合1/f特性(xìng)可通過(guo)提高勵(lì)磁頻率(lǜ)加以克(kè)服。經上(shang)述信号(hao)處理方(fang)法之後(hou)電極上(shang)主要的(de)幹擾爲(wei)微分幹(gàn)擾。當采(cǎi)用交流(liú)勵磁時(shí)，由于存(cún)在勵磁(ci)線圈等(děng)效電⭐感(gǎn)，勵磁切(qiē)換過程(cheng)中勵磁(cí)電流存(cún)在漸變(biàn)過程，在(zài)這一過(guò)程中磁(ci)感應強(qiáng)度處于(yú)非穩定(ding)狀态♉，變(biàn)化的磁(cí)場穿過(guò)由被測(cè)流體、測(cè)量電極(jí)、電極引(yǐn)出🚶‍♀️線和(he)🈲變送器(qi)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(li)線保持(chí)平🏃‍♀️行，此(cǐ)時勵磁(ci)線圈相(xiang)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(za)的次級(jí)線圈且(qie)回路大(dà)小可等(deng)效爲回(hui)路電感(gan)。根據“變(biàn)壓器效(xiao)應”會産(chan)生一個(gè)尖峰🙇🏻即(ji)微分幹(gan)擾疊加(jiā)在電極(jí)上，影響(xiǎng)流量的(de)測量。
數(shù)據采集(jí)分析
1.1現(xian)場實驗(yàn)
　　針對電(dian)磁流量(liang)計測量(liàng)水煤漿(jiāng)時出現(xiàn)較大波(bō)動，甚至(zhì)回零這(zhè)一問題(ti)，特去某(mǒu)煤化工(gong)企業進(jìn)行現場(chǎng)數據采(cǎi)集。該公(gōng)司所使(shi)用的對(dui)置式四(sì)噴嘴氣(qì)化爐有(you)4個噴嘴(zuǐ)，噴嘴管(guan)道口徑(jing)爲125mm,管中(zhong)水煤漿(jiang)流量基(jī)本穩定(ding)在19m2/h(流速(su)約爲0.48m/s)。每(měi)條噴嘴(zui)煤漿線(xian)_上安裝(zhuāng)🈲了3台電(diàn)磁流量(liàng)計，每台(tai)💃電磁流(liu)量計由(yóu)傳感器(qi)和變送(song)器兩部(bù)分組成(chéng)。選擇其(qí)中1條水(shui)煤漿管(guan)線上的(de)1台電磁(cí)流量計(jì)進行數(shù)據采集(jí)，因爲該(gai)台電磁(cí)流量計(jì)測量結(jié)果波動(dong)大，甚至(zhì)出現回(huí)零的現(xian)象。将課(kè)題組研(yán)制的基(ji)于DSP的電(dian)磁流量(liang)變送器(qi)的信号(hào)線和勵(lì)磁線接(jiē)到該🍓電(dian)磁流量(liàng)傳感器(qi)的電極(jí)💞和勵磁(cí)線圈上(shàng)🤟,組合成(cheng)完😄整的(de)電磁流(liú)量計,進(jin)行水🛀🏻煤(mei)漿數據(ju)采集。使(shǐ)用的電(diàn)磁流量(liang)變送器(qi)是以TI公(gong)司DSP芯片(pian)TMS320F28335爲核心(xin)，采用高(gāo)頻勵磁(ci)方案，其(qí)硬件主(zhǔ)要包括(kuò)勵磁控(kong)制系統(tǒng)和信号(hao)采集處(chu)理系統(tong)，具體的(de)模塊有(you)勵磁驅(qū)動模塊(kuài)、信号調(diao)💜理采集(jí)模塊、信(xin)号處理(lǐ)控制模(mo)🆚塊、人機(ji)接口模(mo)塊、通信(xìn)模塊及(jí)電㊙️源管(guan)理模塊(kuai)🔞。信号調(diao)理采集(jí)♊模塊中(zhong)的調理(lǐ)電路對(dui)一次儀(yí)表輸✏️出(chu)的信号(hao)進行放(fang)大和濾(lǜ)🔅波，截止(zhi)頻率是(shi)2kHz,放大倍(bèi)數約爲(wèi)230倍。通過(guo)NI公司USB-6216型(xíng)号的數(shu)據采集(jí)卡進行(háng)數據采(cǎi)集，把調(diào)理電路(lu)的輸出(chū)✍️端連接(jiē)到數據(jù)采集卡(ka)🥵的一個(gè)差分輸(shū)人端，并(bing)設置數(shù)據采集(jí)卡工作(zuò)在差分(fen)的測量(liang)模式，設(she)置采集(ji)卡的采(cai)樣頻率(lü)爲10kHz.采集(ji)多組水(shuǐ)煤漿信(xin)号數據(jù)，每組數(shù)據🆚的時(shí)🤞間長度(du)爲5min.
1.2數據(ju)分析
　　現(xian)場采集(ji)了25Hz方波(bō)勵磁下(xià)的水煤(mei)漿信号(hao)，發現水(shui)煤🚶漿信(xin)号的幅(fú)⭐值非常(chang)大，甚至(zhi)接近AD的(de)量程上(shang)限。水煤(mei)漿信号(hao)主要由(you)感應電(dian)動勢信(xin)号和電(dian)極噪聲(sheng)組成。其(qí)中，感應(ying)電動勢(shi)信号是(shi)由導電(dian)液體切(qie)割磁場(chang)産生的(de)，其幅🙇‍♀️值(zhí)和相同(tóng)流量下(xia)介質爲(wèi)水的感(gan)應電動(dong)😘勢幅值(zhí)相同，僅(jin)約爲數(shu)十毫伏(fu)。這是因(yīn)爲電磁(ci)流量計(ji)不受被(bei)測導✏️電(diàn)介質的(de)溫度、黏(nián)度、密度(du)以及☔導(dǎo)電率的(de)影響💃🏻，隻(zhī)要經過(guo)水标定(dìng)後，就可(kě)以用來(lái)測量其(qi)⭐他導電(dian)液體的(de)流量。電(diàn)極噪聲(sheng)是水煤(méi)漿㊙️中的(de)固體顆(kē)粒劃過(guò)電極而(er)引起🐅的(de)信号❄️跳(tiào)變，也稱(chēng)爲漿♋液(ye)噪聲，具(ju)有強非(fei)平穩性(xing)、随機性(xìng)，頻域具(ju)有近似(si)1/f的特性(xìng)。水煤漿(jiāng)信号❌中(zhōng)的漿液(yè)噪聲幅(fu)值非常(chang)大，峰值(zhí)可達✨數(shù)伏，遠遠(yuan)高于與(yǔ)流量相(xiang)關的感(gǎn)應電動(dòng)勢信号(hào)。這給流(liu)量信号(hao)的提取(qǔ)造成了(le)極大的(de)困難”。
2基(ji)于MATLAB的電(dian)極信号(hào)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(zhen)，勵磁方(fang)式爲三(sān)值波🆚勵(li)☎️磁，勵❓磁(cí)頻率f=25Hz,傳(chuán)感器參(cān)數D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁(ci)系統參(can)數Ue=100V、穩态(tai)電流I0=200mA。由(yóu)公式(1)，在(zai)固定流(liú)速下感(gǎn)應電勢(shì)與勵磁(ci)電流成(cheng)🈲正比，通(tong)過增加(jiā)Gain1模塊得(dé)👈到感應(yīng)電勢信(xin)号。對勵(li)磁流進(jìn)行求導(dǎo)即經模(mó)塊🏃‍♂️Derivative得到(dao)微分噪(zào)聲，其中(zhong)☀️Gain值與Lx和(he)L1相關。感(gǎn)應電勢(shì)與噪聲(sheng)經Add1疊加(jia)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(chuán)感器參(can)數代人(ren)到勵磁(cí)電流穩(wěn)态調節(jie)☔時間公(gong)式中，得(dé)電流上(shang)升時間(jiān)爲360μs，測得(dé)實際❄️上(shang)升時間(jian)爲390μs，兩者(zhe)🛀相差不(bu)大，驗證(zheng)了仿真(zhen)模型的(de)正确性(xing)。
2.2仿真實(shi)驗
　　仿真(zhen)試驗中(zhōng)，設定線(xian)圈等效(xiao)電感取(qu)值範圍(wéi)爲162~212mH，間隔(gé)10mH;閉合回(hui)路🛀等效(xiao)電感範(fàn)圍0.2~1mH,間隔(ge)爲0.2mH;雙電(dian)層電容(róng)、接觸電(diàn)阻随流(liu)體電導(dǎo)率💔變化(hua)而變化(hua)，電導率(lǜ)增大接(jie)觸電阻(zu)和雙電(dian)層電容(rong)減小而(ér)電荷傳(chuán)遞電阻(zu)增大。可(kě)設定電(dian)極接觸(chu)電阻、雙(shuāng)電層電(dian)容和電(dian)荷傳遞(dì)電阻範(fàn)圍分别(bié)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由(you)公式(7)知(zhi)，可用T2表(biǎo)示.上述(shu)三者關(guān)系㊙️。仿真(zhen)參數取(qǔ)✨值不同(tóng)情況下(xia)，通過MATLABI具(jù)箱對仿(pang)真測量(liàng)✍️得到的(de)幹擾峰(feng)值✉️進行(háng)曲線拟(nǐ)合畫出(chu)相應的(de)曲線圖(tú)💃🏻吧。
3結束(shu)語
　　主要(yào)針對電(dian)磁流量(liang)計的50Hz工(gong)頻幹擾(rao)，提出采(cai)用巴特(tè)沃💘斯🔆帶(dai)阻濾波(bō)的信号(hao)處理方(fang)法，運用(yòng)MATLAB實現巴(ba)特沃斯(sī)帶阻濾(lü)波器的(de)設計。通(tong)⭐過MATLAB仿真(zhēn)，驗證了(le)本濾波(bo)方法的(de)可行性(xìng)，将50Hz工頻(pín)幹擾有(yǒu)效地濾(lǜ)除，研制(zhì)出基于(yu)MSP430的低頻(pin)矩🍉形波(bo)勵磁的(de)轉換器(qi)，并設計(ji)了軟件(jiàn)系統，可(ke)以實時(shí)處理信(xìn)号。爲了(le)驗證濾(lǜ)波算法(fǎ)的可行(háng)性👨‍❤️‍👨，并測(cè)試電磁(ci)流量計(jì)的測量(liang)精度，采(cai)用标準(zhun)表标定(ding)法進行(hang)了水流(liu)量标定(dìng)實驗。

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