摘要：傳統(tong)電磁流量計 在(zài)消除微分幹擾(rao)時大多數采用(yong)在硬件電路.上(shang)消除或者💁避開(kai)微分幹擾時段(duàn)進行采樣，很少(shao)研究影☁️響幹擾(rao)的原因💔。基于真(zhēn)實電極情況，建(jiàn)立電極回路測(ce)量模型并基于(yú)模型進行電極(ji)信号仿真，研究(jiu)了傳感器參數(shu)和電極參數變(bian)化對微分幹擾(rao)的影響。結果表(biǎo)明，當參數取值(zhí)不🌂同時尖峰幹(gàn)擾也不相同，從(cong)而爲研究和✂️消(xiao)除幹擾減小🏒測(cè)量誤差提供理(li)論依據。
引言
　　電(dian)磁流量計是基(ji)于法拉第電磁(ci)感應定律的流(liu)量儀表🚶‍♀️，主要由(you)傳感器和變送(song)器組成，傳感器(qi)将待測流體轉(zhuan)換成電信号,變(biàn)送器對電信号(hào)進行一系列的(de)處理轉換成實(shí)際對應的流量(liang)。理想情況下電(dian)極上感應出🌈的(de)電勢與🚩流體流(liu)速㊙️成正比，但在(zai)實際中🤟電極信(xin)号摻雜許多幹(gàn)擾信号，主要的(de)幹擾爲微分🏃幹(gan)擾、同向幹擾💞、工(gōng)頻幹擾、共模幹(gan)擾、串模幹擾、漿(jiang)液🚶幹擾和極化(hua)幹擾等。爲确保(bao)流量計測量準(zhǔn)确性須🈚對幹擾(rao)進行抑制，如采(cai)用交流勵磁克(ke)服💛極化幹擾、高(gao)共模抑制比差(chà)分放大器克服(fu)共模幹擾、勵磁(cí)頻率爲工頻整(zhěng)數倍🍉克服工🚶‍♀️頻(pin)幹擾、良好接地(di)技術和🏃‍♂️靜電屏(ping)蔽克服串模幹(gan)擾🏃‍♂️、漿液噪聲符(fu)合1/f特性可通過(guo)提高勵磁頻率(lü)加以克服。經上(shang)述信号處理方(fāng)法之後電極上(shàng)主要的幹擾爲(wei)微分幹擾🐅。當🔅采(cai)用交流勵磁時(shí)，由于存在勵磁(ci)線圈等效電✏️感(gan)，勵磁切換過程(cheng)中勵磁電流存(cun)在漸變過程，在(zài)這一過程中磁(cí)感應強度處于(yú)非穩定狀态，變(bian)化的磁場穿📧過(guo)由被測流體、測(ce)量電極、電極引(yin)出線和變送器(qì)共同組成的🙇‍♀️閉(bi)合回路，實際中(zhong)該回路不可能(néng)與磁力線保持(chi)平行，此時勵磁(cí)線圈相當于變(bian)壓器的初級線(xiàn)圈，閉合回路等(děng)價于隻有一匝(zā)的次級線圈且(qie)回路大小可🈚等(deng)效爲回路🔆電感(gan)。根據“變壓器效(xiao)應”會産生一個(ge)尖峰即微分幹(gàn)擾疊加在電極(ji)上，影響流量的(de)測量。
數據采集(jí)分析
1.1現場實驗(yàn)
　　針對電磁流量(liang)計測量水煤漿(jiang)時出現較大波(bō)動，甚至回⛷️零這(zhè)一問題，特去某(mǒu)煤化工企業進(jìn)行現場數據采(cǎi)集。該公司所使(shi)用的🥰對置式四(sì)噴嘴氣化爐有(you)㊙️4個噴嘴🥵，噴嘴管(guan)✂️道口徑爲125mm,管中(zhong)水煤漿流量基(jī)本穩定在19m2/h(流速(sù)📱約爲0.48m/s)。每條噴嘴(zuǐ)煤漿線_上安裝(zhuāng)了3台電磁流量(liàng)計，每台電磁流(liu)量計由傳感器(qì)和🛀變送器兩部(bù)分組成。選擇㊙️其(qí)中1條水煤漿管(guǎn)❌線上的1台電磁(cí)流量計進行數(shu)據采集，因爲該(gai)台電磁流量計(jì)測量結果波動(dong)大，甚至出現回(huí)📧零的現象。将課(kè)題✌️組研制的基(ji)于DSP的電磁流量(liang)變送器的信号(hào)❤️線和勵磁線接(jiē)到該電磁流量(liang)傳感器🔱的電極(ji)和勵磁線圈上(shang),組合成完❓整的(de)電磁流📱量計,進(jin)行水🙇🏻煤漿數據(ju)采集。使用的電(dian)磁流量變送器(qi)是以TI公司DSP芯片(pian)TMS320F28335爲核心，采用高(gāo)頻勵磁方案，其(qí)硬件主要包括(kuò)勵磁控制系統(tong)💔和信号采🐉集處(chù)理系統，具體的(de)模塊有勵磁驅(qu)動模塊、信号調(diao)理采集模塊、信(xìn)号處🔴理控制模(mó)☂️塊、人機接口模(mó)塊、通信模⁉️塊及(ji)電源管理模塊(kuai)🔴。信号調理采集(ji)👄模塊中的💛調理(li)電路對✨一次儀(yí)表輸出的信号(hào)進行放大和濾(lü)✊波，截止頻率是(shì)2kHz,放大倍數約爲(wei)230倍。通過NI公司USB-6216型(xing)号的數據采集(ji)卡進行數據采(cai)集，把調理電路(lu)的輸出端連接(jiē)到數據采集卡(kǎ)✉️的一個差分輸(shu)人端，并設🔆置數(shu)據采集卡工作(zuo)在差分的測量(liang)⛱️模式，設置采集(jí)卡的㊙️采樣頻率(lü)爲10kHz.采集多組水(shuǐ)煤漿信号數據(ju)，每組數據的時(shi)間長度爲5min.
1.2數據(jù)分析
　　現場采集(ji)了25Hz方波勵磁下(xià)的水煤漿信号(hào)，發現水煤漿信(xin)号的幅值非常(cháng)大，甚至接近AD的(de)量程上限。水煤(mei)漿信号主要由(you)感應電動勢信(xin)号和電極噪聲(sheng)組成。其中，感應(ying)電動勢信号是(shi)由導電液體💁切(qiē)割磁場産🌏生的(de)，其幅值和相同(tóng)流量下介質爲(wèi)水的感應電動(dòng)勢幅值相同，僅(jin)約爲數十毫伏(fú)。這是因🎯爲電磁(cí)流量計不受被(bei)測🐅導電介質的(de)溫度、黏度、密度(dù)以及導電率的(de)影響，隻要經過(guò)水标定後，就可(kě)以用來測量其(qí)他導電液體的(de)流量。電極噪聲(sheng)是水煤漿中的(de)固體顆粒劃過(guò)♊電極而引起的(de)信号跳變，也稱(chēng)爲漿液噪🥰聲，具(ju)有強非平穩性(xing)、随機性，頻域具(jù)有近似1/f的特性(xìng)🈲。水煤漿信号中(zhong)的漿液噪聲幅(fu)值非常大，峰值(zhí)可達數伏，遠遠(yuan)高于與流量相(xiang)😘關的感應電動(dong)勢信号。這給流(liu)量信✔️号的提取(qu)造成了極大的(de)困難”。
2基于MATLAB的電(diàn)極信号仿真
2.1仿(páng)真模型
　　基于Matlab中(zhong)Siumlink對電極信号進(jìn)行仿真，勵磁方(fāng)式爲三值波勵(li)磁，勵磁頻💚率f=25Hz,傳(chuan)感器參數D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁(cí)系統參數Ue=100V、穩态(tai)電☁️流I0=200mA。由公式♌(1)，在(zài)固定流速下💯感(gan)應電勢與勵磁(cí)電流成🔞正比，通(tong)過增加👣Gain1模塊得(dé)到感應電勢信(xìn)号。對勵磁流進(jin)行求導即經模(mó)塊Derivative得到微分噪(zao)聲，其中Gain值與Lx和(hé)L1相💃關。感應電勢(shì)與噪聲經Add1疊🐕加(jia)之後得到電極(ji)信号E1(t)。scope觀☂️察輸出(chū)信号波形。将傳(chuan)感器參數代人(ren)到勵磁電流穩(wen)态調節🌏時間公(gong)式中，得電流上(shang)升時間爲360μs，測得(de)實♌際上升時間(jian)爲390μs，兩者相差不(bu)大，驗證了仿真(zhēn)模型的正确性(xing)。
2.2仿真實驗
　　仿真(zhēn)試驗中，設定線(xiàn)圈等效電感取(qǔ)值範圍爲162~212mH，間隔(gé)10mH;閉合回路等效(xiao)電感範圍0.2~1mH,間隔(gé)爲0.2mH;雙電層電容(rong)、接觸電阻随流(liú)體電導率變化(hua)而變化，電導率(lü)增大接觸電阻(zu)和雙電層電容(róng)減小而電荷傳(chuan)遞電阻增大。可(ke)設定電極接觸(chù)電阻、雙電層電(diàn)容和電荷🐆傳遞(di)電阻範圍分别(bié)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由公式(7)知(zhī)，可用T2表示.上述(shu)三者關系。仿真(zhēn)參數取值✂️不同(tong)情況下，通過MATLABI具(jù)箱對仿真測量(liang)得到的幹擾峰(feng)值⭐進行曲☀️線拟(nǐ)合畫出相應的(de)曲線圖吧。
3結束(shu)語
　　主要針對電(dian)磁流量計的50Hz工(gong)頻幹擾，提出采(cǎi)用巴特沃斯帶(dai)阻濾📞波的信号(hào)處理方法，運用(yong)MATLAB實現巴特沃斯(sī)帶阻濾波器的(de)設計。通過MATLAB仿真(zhen)，驗證了本濾波(bō)方法的可行性(xing)，将🈲50Hz工頻幹擾有(yǒu)效地濾除，研制(zhi)出基于MSP430的低頻(pín)矩形波勵磁的(de)轉換器，并設計(jì)了軟件系統，可(ke)以實時處理信(xin)号。爲了驗證濾(lü)波算🌍法的可行(háng)性💘，并測試電磁(cí)流🚩量計的測量(liang)精度，采用标準(zhǔn)表💋标定法進行(háng)了水流量标定(dìng)實驗。

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