摘要：傳統電(diàn)磁流量計 在消(xiāo)除微分幹擾時(shí)大多數采用在(zài)硬件電路上消(xiao)除或者💃🏻避開🐆微(wēi)分幹擾時段進(jin)行采樣，很少研(yán)究影響幹擾的(de)原因。基于🔅真實(shi)💜電極情況，建立(li)電極回路測量(liàng)模型并基于模(mó)型進行電極信(xin)号💞仿真，研究了(le)傳感器參數和(he)電極參數變化(hua)對微分幹📧擾的(de)影響🙇‍♀️。結果表明(ming)，當參數取值不(bú)💛同時尖峰幹擾(rao)也不相同，從而(ér)爲研究和消除(chu)幹擾減小測量(liàng)誤差提供理論(lun)依據。
電磁流量(liàng)計是基于法拉(lā)第電磁感應定(ding)律的流量儀表(biǎo)，主要🛀🏻由傳感器(qi)和變送器組成(chéng)，傳感器将待測(cè)流體轉換💃成電(dian)信号，變送器對(dui)電信号進行一(yī)系列的處理轉(zhuan)換成實際對應(yīng)的流🏃量。理想情(qing)況下電極上感(gǎn)應出㊙️的電勢與(yǔ)流體流速成正(zhèng)比，但在實際中(zhōng)電極信号摻雜(zá)許多幹擾信号(hao)，主要的幹擾爲(wei)微分幹擾、同向(xiàng)幹擾🔞、工頻幹擾(rao)、共模幹擾、串模(mo)幹擾、漿液幹擾(rǎo)和極🧡化幹擾等(deng)。爲确保流量計(ji)測量準确性須(xū)對幹擾進行抑(yi)制，如🈲采用交流(liu)勵磁克服極化(huà)幹擾😘、高共模抑(yì)制比差分放大(dà)器克服共模幹(gan)擾、勵磁頻率爲(wèi)工頻整數倍克(ke)服工頻幹擾、良(liang)好接地技術和(hé)靜電屏蔽克服(fú)串模幹擾、漿液(yè)噪聲符合1／f特性(xing)可通過提高勵(lì)磁頻率加以克(kè)服。
　　當采用交流(liú)勵磁時，由于存(cun)在勵磁線圈等(děng)效電感，勵磁切(qie)🎯換🍉過🐉程中勵磁(ci)電流存在漸變(biàn)過程，在這一過(guò)程中磁感應強(qiáng)度處于非穩定(dìng)狀态，變化的磁(cí)場穿過由被測(ce)流✔️體、測量🈲電極(jí)、電極引出線和(hé)變送器共同組(zu)成的閉合回路(lù)，實際中該回路(lu)不可能與磁力(lì)線保持平行，此(ci)時勵磁線圈相(xiang)當于變壓器的(de)初👨‍❤️‍👨級線圈，閉合(hé)回🈲路等價于隻(zhi)有一匝的次級(ji)線❄️圈且回路大(da)小可等效爲回(huí)路電感。根據“變(biàn)壓器效應”會産(chǎn)生一個尖峰即(jí)微分幹擾疊加(jia)在電極上，影響(xiǎng)流量的測量。
1微(wei)分幹擾相關研(yan)究
　　當前消除微(wei)分噪聲主要從(cóng)信号處理方面(miàn)入手，并未🌍對影(yǐng)🙇‍♀️響噪聲的因素(su)加以研究。建立(lì)電極測量回💃🏻路(lù)等效模型，給出(chū)仿真模型搭建(jian)、參數取值和仿(páng)真結果分析。
2電(diàn)極測量回路模(mó)型建立
2.1測量回(hui)路等效模型
　　測(ce)量電極與流體(ti)介質接觸時會(hui)發生電化學反(fǎn)應［7］在㊙️電極－溶液(ye)界面形成阻抗(kàng)，通常由法拉第(di)阻抗與雙電層(céng)電🧑🏾‍🤝‍🧑🏼容并聯組⛹🏻‍♀️成(cheng)。法拉第過程分(fèn)爲電荷傳遞過(guò)程和擴散過👨‍❤️‍👨程(chéng)，相應的法拉第(dì)阻抗由電荷傳(chuán)遞㊙️電阻與擴散(san)阻抗串聯組成(chéng)。一般電磁流量(liàng)計的勵🈲磁頻率(lü)大于1Hz，而擴散阻(zǔ)抗發生在更低(dī)頻率内，不考慮(lǜ)擴散過程，電極(ji)等效阻抗爲🛀電(dian)荷傳遞電阻與(yǔ)雙電層電容并(bing)聯後再與電極(jí)接觸電阻串聯(lián)。基于電極阻抗(kàng)建立的電極等(deng)效測量回路如(ru)圖1所示。

　　圖中：Rs1和Rs2爲電(diàn)荷傳遞電阻；C1和(he)C2爲雙電層電容(rong)；Rt爲兩個測量電(dian)🍓極間的接觸電(diàn)阻滿足Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(ci)線圈等效電🌍感(gǎn)；L1爲閉合回路等(deng)效❌電感；R1和R2爲放(fàng)大器輸入電阻(zu)；P1和P2爲由“變壓器(qì)效應”疊加在測(cè)量‼️電極上的微(wēi)分幹擾；U1爲流體(ti)切割磁力線産(chan)生的感應電勢(shi)；Ue爲勵磁電壓。假(jia)設磁感應強度(du)由勵磁💃🏻電流決(jue)定且成正比關(guān)系🙇🏻即B＝aI，忽略串模(mó)等幹擾則電極(ji)間電壓爲感應(ying)電勢與微分幹(gàn)擾的疊加，基本(ben)方程如下：

則微(wei)分幹擾的量化(hua)表達式爲：

　　式中(zhong)，Rx爲勵磁線圈銅(tóng)耗電阻。由于在(zai)兩個測量電極(jí)上感🐉應出的流(liú)量信号大小相(xiang)等方向相反，可(kě)對其👄中一個電(diàn)極進行研究。對(duì)于電極A，假設單(dān)電極回路的總(zong)阻抗爲ZA，則：

2.2參數(shù)取值
　　電極上的(de)感應電動勢在(zai)沒有經過放大(dà)之前一般很🛀小(xiao)，取值在📞幾毫伏(fú)到幾百毫伏之(zhi)内，仿真中流速(su)感應電勢取10mV。放(fàng)大器的輸🙇🏻入電(diàn)阻遠遠大于内(nei)阻，文獻［8］中給出(chū)電荷🆚傳遞電阻(zu)爲Rs＝50Ω。電🌐極接觸電(diàn)阻與溶液電導(dao)率有關一般取(qǔ)Rt＝15kΩ。雙電層電容C1＝20μF。将(jiāng)各參數值代入(ru)到式（7）中，可得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理(li)想情況兩個電(dian)極參數🌈取值相(xiang)等，實際中兩者(zhe)會存🏃🏻在差異對(duì)于電極B可取K1＝0.997，T1＝9.75×10－4，T2＝9.74×10－4。
3基(ji)于MATLAB的電極信号(hao)仿真
3.1仿真模型(xing)
　　基于Matlab中Siumlink對電極(ji)信号進行仿真(zhen)，勵磁方式爲三(san)值波勵磁，勵磁(cí)頻率f＝25Hz，傳感器參(cān)數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵磁系統參(can)數Ue＝100V、穩态電流I0＝200mA。
　　基(ji)于電極測量回(hui)路搭建的仿真(zhen)模型如圖2所示(shi)，圖中信号模⭐塊(kuài)pulsGenerator通過加法器、乘(cheng)法器得到勵磁(cí)電流。由公式（1），在(zai)固定流速下感(gan)應電勢與勵磁(ci)電流成正比，通(tong)過增加Gain1模塊得(dé)到感應電勢信(xìn)号。對勵磁電流(liú)進行求導即經(jing)模塊Derivative得到微分(fèn)噪聲，其中Gain值與(yu)Lx和L1相關。感應電(dian)勢與噪聲經Add1疊(die)加之後得到電(dian)極信号E1（t）。scope觀察輸(shu)出信号波形。
　　仿(páng)真波形和真實(shí)波形如圖3所示(shi)。将傳感器參數(shù)代入到勵磁電(dian)流穩态調節時(shi)間［9］公式中，得電(diàn)流上升時間爲(wèi)360μs，測得實📱際上升(shēng)時間爲390μs，兩者相(xiàng)差不大，驗證🌈了(le)仿真模型的正(zheng)确性。


3.2仿真(zhēn)實驗
　　仿真試驗(yàn)中，設定線圈等(děng)效電感取值範(fàn)圍爲162～212mH，間隔10mH；閉合(hé)回路🎯等效電感(gan)範圍0.2～1mH，間隔爲0.2mH；雙(shuāng)電層電容、接觸(chù)電阻随流體電(dian)導率變化而變(bian)化，電導率增大(da)接觸🌈電阻和雙(shuang)電層☔電容減🌐小(xiǎo)而電⭕荷傳遞電(diàn)阻增大。可設定(ding)電極接觸電阻(zǔ)、雙電層電容和(he)電荷傳遞電阻(zǔ)範圍分别爲😄5～15kΩ、10～20μF和(he)50～60Ω，由公式（7）知，可用(yong)T2表示上💜述三者(zhe)關系。仿真參數(shu)取值不同情況(kuàng)下，通過MATLAB工具箱(xiang)對仿真測量得(dé)到的幹擾峰值(zhí)進行曲線拟合(hé)畫出相應的曲(qu)🏃‍♀️線圖。其中仿真(zhēn)數據🔞和相對應(yīng)的曲線方程如(ru)表1～表4所示，曲線(xian)圖如圖4～圖6。

3.3仿真(zhēn)結果分析
　　圖4爲(wèi)改變勵磁線圈(quān)等效電感其它(tā)值保持不變時(shí)測得的幹擾結(jié)果，可以看出，當(dāng)線圈等效電感(gan)取值不同💔時，幹(gàn)擾峰值存🌈在變(biàn)化，電感越大線(xiàn)圈中電流上升(sheng)（下‼️降）時間越長(zhang)，微分幹擾👈越大(dà)。

　　圖5爲改變(biàn)測量回路等效(xiào)電感即等價于(yú)改變交變磁力(li)線穿🏃🏻‍♂️過測量回(hui)路等效面積時(shi)測得的幹擾結(jie)果，随着值增大(dà)✉️幹擾呈逐🤞漸增(zēng)大的趨勢。因此(ci)要避免電極走(zǒu)線偏離，盡量☁️保(bao)持回路與磁力(lì)線平行以減小(xiao)幹擾。

　　圖6爲電極等效(xiao)阻抗值變化時(shí)測得的幹擾結(jié)果，當溶液電導(dǎo)🏃‍♀️率改變時電極(jí)等效阻抗值變(biàn)化，同樣會♻️對微(wei)分噪聲産生較(jiao)大影響。電導率(lǜ)越大幹擾峰值(zhí)越小。

4結束語
　　運(yùn)用MATLAB仿真軟件對(duì)電磁流量計電(diàn)極信号進行建(jian)模仿真，通過該(gāi)模型分析勵磁(ci)線圈等效電感(gǎn)、閉合回路和電(diàn)極💔等效阻抗取(qu)值變化情況下(xià)微分幹擾變化(huà)，得到❤️影響微分(fèn)幹擾原因。

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