摘要:渦(wō)街流量(liang)計 測量(liàng)阻流體(ti)時物理(lǐ)信号動(dòng)态範圍(wéi)大，尤其(qí)在測量(liang)弱信号(hào)時易受(shou)噪聲影(ying)響，因此(cǐ)其前置(zhì)放大電(dian)路性能(neng)必須充(chōng)分考🈚慮(lǜ)電✂️路本(ben)底噪聲(shēng)因素。分(fen)析了φ50型(xíng)号氣體(ti)渦☔街流(liu)量計前(qian)置放大(da)電路的(de)系♋統噪(zao)聲組成(cheng)，對電路(lu)噪聲進(jìn)行分析(xī)、計算，得(de)出理論(lùn)上⭕的電(dian)路本底(dǐ)等效噪(zao)聲值爲(wei)4.59μV。利用Multisim14.0作(zuo)爲仿真(zhen)環境進(jin)行測試(shi)驗🏃‍♂️證，表(biǎo)明利用(yòng)☎️此電路(lu)可檢測(cè)10μV以上的(de)信号。提(ti)出的電(dian)路設計(jì)爲實際(jì)電路優(you)化提供(gong)了理論(lun)參考依(yī)據。
引言(yan).
　　渦街流(liú)量計在(zai)計量領(ling)域具有(you)廣泛的(de)應用場(chang)景。目前(qian)🔞，若要利(li)用渦街(jie)流量計(jì)實現精(jīng)密測量(liang)，還需要(yao)處💘理本(běn)底噪聲(shēng)問👣題，因(yīn)爲它🏒是(shì)影響測(ce)量精度(dù)的最主(zhǔ)要因素(su)。
　　本文針(zhēn)對上述(shu)問題，首(shǒu)先基于(yú)中50型号(hào)氣體渦(wō)街流量(liang)計的前(qian)置放大(dà)電路進(jìn)行分析(xi)，将複雜(zá)的電路(lù)等效成(chéng)簡化電(dian)路;接着(zhe)在特定(ding)渦街流(liu)量計前(qian)置放大(da)電路的(de)基礎上(shàng)，對前置(zhi)放大器(qì)進行噪(zao)💚聲量化(hua)計算;最(zui)後基于(yú)噪聲影(yǐng)響情況(kuàng)，進行精(jing)度測量(liàng)🐉模拟仿(páng)真✉️實驗(yan)，證實理(lǐ)論計算(suan)結果的(de)可靠性(xìng)。結果顯(xiǎn)示:噪聲(shēng)🌈測量、算(suan)法和精(jing)度測試(shì)，能夠爲(wei)💔實際電(diàn)路測量(liang)⛷️中渦✨街(jiē)流量計(ji)☎️的性能(néng)改善提(ti)供理論(lun)參考。
1渦(wo)街流量(liàng)計計量(liang)原理
　　渦(wō)街流量(liàng)計的原(yuán)理是在(zài)氣體或(huò)液體等(děng)流體中(zhōng)安👨‍❤️‍👨置阻(zǔ)流🈲體，流(liu)體在經(jīng)過阻流(liú)體時會(huì)交替産(chǎn)生兩串(chuàn)規則🏃‍♀️的(de)旋渦(這(zhè)種旋渦(wo)稱爲“卡(ka)門渦街(jie)”)，旋渦頻(pin)率被壓(yā)力傳感(gan)器檢測(ce)到後，利(li)用流量(liàng)Q與頻率(lǜ)f的關系(xi)式🏃‍♂️測量(liang)流體的(de)流量，即(ji)
Q=f/K
　　其中，K是(shi)流量計(ji)的流量(liang)系數，可(kě)看作固(gu)定常數(shù)。
2前置放(fang)大電路(lu)噪聲分(fen)析
　　本文(wén)選取了(le)最典型(xíng)的中50型(xing)号氣體(tǐ)渦街流(liú)量計的(de)前置放(fang)大電路(lù)作爲特(tè)定樣本(ben)對噪聲(sheng)進行分(fèn)析。系統(tong)噪聲包(bāo)括電路(lu)内部産(chan)生的噪(zào)聲(也稱(cheng)固有噪(zào)聲👄)，也包(bāo)括電路(lù)外部的(de)幹擾噪(zao)聲。前置(zhì)放🔞大器(qi)的固有(you)噪聲主(zhu)要包括(kuo)電阻熱(rè)噪聲、集(jí)🍉成運算(suan)放大器(qi)自身❤️的(de)等效噪(zao)聲。本章(zhang)主要對(dui)渦街流(liu)量計系(xi)統電阻(zu)熱噪聲(sheng)、運算放(fang)大器自(zì)身的等(deng)效💞噪聲(shēng)進行分(fèn)析，外部(bu)幹擾噪(zao)聲🧡不在(zài)讨論範(fan)圍之内(nèi)。
2.1熱噪聲(shēng)原理
(1)電(diàn)阻熱噪(zao)聲:主要(yào)由電子(zi)的随機(ji)熱運動(dòng)引起，産(chan)生噪聲(sheng)電壓。電(dian)阻兩端(duan)産生的(de)熱噪聲(shēng)電壓有(you)效值E,滿(mǎn)足
Q=f/K
　　其中(zhong)，k一玻爾(ěr)茲曼常(chang)數;T一電(dian)阻的絕(jué)對溫度(dù);R一電阻(zu)的阻值(zhí),Ω;B一信号(hao)帶寬。
注(zhù):在室溫(wēn)下(17或290K)，4kT≈1.6x12-13V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻(zu)容并聯(lián)的熱噪(zao)聲:爲了(le)限制頻(pin)帶寬度(dù)，有時要(yào)在電❌阻(zǔ)兩端連(lián)🏃‍♀️接電容(róng)。在阻容(rong)并聯的(de)情況，電(diàn)路中開(kāi)路的熱(rè)噪聲有(yǒu)效值✌️E10爲(wèi)
 
　　其中，C-并(bìng)聯電容(rong)。
　　可以證(zhèng)明，無源(yuán)元件的(de)任意連(lian)接所産(chan)生的熱(rè).噪聲等(děng)同于等(deng)效網絡(luò)阻抗的(de)實部電(dian)阻所産(chan)生的熱(re)噪聲。
2.2運(yùn)算放大(da)器自身(shen)等效噪(zao)聲分析(xī)
　　運算放(fàng)大器的(de)噪聲模(mó)型也可(ke)以用等(děng)效噪聲(sheng)模型替(ti)代🌂。圖1所(suo)示爲含(hán)噪放大(dà)器的電(dian)路圖，圖(tú)2爲噪聲(sheng)等🐪效電(diàn)路。其✉️中(zhōng)，es是被測(cè)❤️信号電(diàn)壓，Rs是信(xin)号源的(de)輸出電(diàn)🔆阻，e1是電(diàn)💋阻熱噪(zào)聲等效(xiào)的噪聲(sheng)電壓源(yuán)，en和in分别(bié)是放大(dà)器自身(shen)的等效(xiao)噪聲電(diàn)壓源和(hé)電流源(yuan)。
　　設et,en和in互(hù)不相關(guan)，噪聲電(dian)流源可(ke)以轉化(huà)爲電壓(yā)源inRs，其有(yǒu)效值⭕的(de)平方表(biao)示爲
 
3前(qián)置放大(dà)電路噪(zao)聲計算(suan)分析
　　因(yin)不同電(diàn)路的需(xū)求不同(tong)，設計一(yi)個電路(lù)往往也(yě)需要具(jù)有一些(xiē)其他功(gōng)能，例如(rú)去除直(zhi)流偏置(zhì)、抑制共(gòng)模信号(hào)等。本章(zhāng)🔅對該電(dian)路進行(hang)合理的(de)簡化，以(yǐ)更方便(biàn)地計算(suan)噪聲，并(bìng)對噪聲(shēng)進行等(děng)效分析(xi)與計算(suàn)。
 
3.1前置放(fang)大器電(dian)路分析(xi)
　　渦街流(liu)量計前(qián)置放大(da)電路如(rú)圖3所示(shi)。在該電(diàn)路設計(jì)中，采用(yòng)了SGM8532芯片(piàn)，利用電(dian)路的對(dui)稱性和(he)負反饋(kui)作🔴用，有(yǒu)效地🥵穩(wen)定靜态(tài)工作♌點(dian)，以放大(da)差模信(xìn)号，抑制(zhì)共模信(xin)号。在J2，R,1和(he)R2的電路(lu)中，交流(liú)信号可(kě)以順利(li)通過①、②，而(ér)直流信(xin)号因受(shou)到C3、C4的影(ying)響隻能(néng)走J1,R1和R2的(de)環路,使(shǐ)得兩條(tiao)通路的(de)直流信(xin)号電位(wèi)相同，去(qù)除了直(zhi)流偏置(zhì)。在對稱(chēng)環路中(zhong)，爲了計(jì)算方便(bian)，我們将(jiāng)③等效成(cheng)地。
　　簡化(huà)後的電(diàn)路圖和(he)等效噪(zao)聲電路(lù)圖分别(bié)如圖4和(hé)圖5所示(shì)。
 
3.2噪聲估(gu)算
　　由式(shì)(2)可知R3和(he)R4串聯所(suǒ)産生的(de)熱噪聲(shēng)爲Et=2.65×10-7V;
　　由式(shì)(3)可知阻(zu)容并聯(lian)所産生(shēng)的熱噪(zao)聲爲
E10=4.47×10-6V。
　　圖(tú)6所示爲(wei)SGM8532芯片手(shou)冊的部(bu)分片段(duàn)，由
　　圖6及(ji)式(5)可得(dé)En=1-04×10-6V。
　　由公式(shi)(4)可知，該(gai)電路輸(shu)出的噪(zao)聲有效(xiào)值爲
 
　　因(yin)此，理論(lun)上該電(diàn)路可以(yǐ)檢測大(da)于10μV(大于(yú)噪聲6dB以(yǐ)_上😍)的微(wei)弱信🈲号(hào)。
4仿真結(jié)果驗證(zhèng)
　　本章利(li)用Multisim14.0作爲(wèi)仿真環(huan)境，其自(zi)帶的噪(zao)聲源可(kě)以使仿(pang)真結果(guǒ)更加正(zheng)确。放大(dà)器爲理(lǐ)想放大(dà)器，V爲該(gai)放大器(qì)等效噪(zao)聲源，确(que)保噪🔴聲(shēng)的正确(que)率。
　　電路(lù)仿真結(jie)果如圖(tú)7所示。由(you)仿真結(jié)果可以(yǐ)看出，在(zai)總的噪(zào)聲中，V(p-p)大(da)概爲2~8μV,與(yu)實際.結(jié)果相差(chà)不大，在(zai)同一量(liàng)級。實際(ji)噪聲🐇稍(shāo)微小，可(ke)能是輸(shū)出頻率(lü)比理論(lun)值✌️略小(xiao)導緻的(de)。
5結束語(yu)
　　本文首(shǒu)先簡要(yào)介紹了(le)渦街流(liu)量計原(yuan)理及構(gou).成，然後(hou)着重分(fen)析了渦(wo)街流量(liang)計前置(zhi)放大電(dian)路的各(ge)種噪聲(sheng)及公式(shi)，并以典(diǎn)型的φ50型(xing)号氣體(ti)渦街流(liu)量計的(de)前置放(fàng)大電路(lu)作爲特(te)定樣本(ben)，在建立(li)噪聲模(mo)型的♊基(jī)礎.上，簡(jian)👈單、有效(xiào)地計算(suàn)得到🙇‍♀️了(le)渦街流(liú)量計前(qián)置放大(da)電路的(de)噪聲。通(tong)過對電(dian)路進行(hang)仿真驗(yàn)證，佐證(zheng)了理論(lun)計算的(de)有效性(xing)。該電路(lu)可以.測(ce)量大于(yu)10μV的渦街(jiē)信号，爲(wèi)☂️後續實(shi)測及電(diàn)路優化(hua)提供理(lǐ)論參考(kǎo)依據。

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