摘(zhāi)要：傳統電(diàn)磁流量計(jì) 在消除微(wēi)分幹擾時(shí)大多數采(cai)用在硬件(jian)電路上消(xiao)💰除或者避(bi)🌂開微分幹(gàn)擾時段進(jin)行采樣，很(hěn)少研究影(ying)🛀響幹擾的(de)原因。基于(yú)真實電極(jí)情況，建立(li)電極回路(lu)測量模🌈型(xing)并基于模(mó)型進行電(diàn)極信号仿(pang)真，研究了(le)傳感器參(cān)數和電極(jí)參數變化(huà)👨‍❤️‍👨對微分幹(gàn)擾的影響(xiang)❄️。結果表明(míng)，當參數取(qǔ)值不同時(shi)尖峰幹擾(rǎo)也不相同(tong)，從而爲研(yan)究和消除(chu)幹擾減小(xiao)測量誤差(cha)提供🛀🏻理論(lùn)依據。
電磁(ci)流量計是(shi)基于法拉(lā)第電磁感(gan)應定律的(de)流量儀表(biao)💛，主要由傳(chuan)感器和變(biàn)送器組成(cheng)，傳感器将(jiāng)待測流體(ti)轉換💋成電(diàn)信号，變送(sòng)器對電信(xin)号進行一(yi)系列的處(chù)理轉換成(chéng)實際對應(yīng)的流量。理(li)想🍉情況下(xia)電極上感(gan)應出的電(diàn)勢與流體(ti)流速成正(zheng)比，但在實(shi)際中✔️電極(ji)信号摻雜(za)許多幹擾(rǎo)信号，主要(yao)的幹擾爲(wei)微分🐆幹擾(rǎo)、同向幹擾(rao)、工頻幹擾(rao)、共模幹擾(rǎo)、串模幹擾(rǎo)、漿液幹擾(rǎo)和極✂️化幹(gan)擾等。爲确(que)保流量計(ji)測量準确(què)性須🈲對幹(gàn)擾進行抑(yì)制，如📐采用(yòng)交流勵磁(cí)克服💰極化(huà)幹擾、高共(gòng)模抑制比(bǐ)差分放大(da)器克服共(gòng)模幹擾、勵(li)磁頻率爲(wei)工頻整數(shu)倍📞克服工(gōng)頻幹擾、良(liáng)好接地技(jì)術和靜電(diàn)屏蔽克服(fú)串模幹擾(rǎo)、漿液噪聲(sheng)符合1／f特性(xing)可通💞過提(ti)高勵磁頻(pin)率加以克(kè)服。
　　當采用(yòng)交流勵磁(cí)時，由于存(cún)在勵磁線(xiàn)圈等效電(diàn)感，勵磁切(qiē)換過程中(zhong)勵磁電流(liu)存在漸變(biàn)過程，在這(zhe)一過程🔱中(zhong)磁感應✔️強(qiáng)度處于🌂非(fēi)穩定狀态(tai)，變化的磁(cí)場穿過由(yóu)🏃被測流體(tǐ)、測量電極(ji)、電極引出(chu)線和變送(sòng)器共同組(zǔ)成🔴的閉合(he)回路，實際(jì)中該回路(lù)不可能與(yu)磁力線保(bǎo)持平行，此(ci)時勵磁🈲線(xiàn)圈相當于(yú)變壓器的(de)初✍️級線圈(quan)，閉合回路(lu)等價于隻(zhi)有❓一匝的(de)次級線圈(quan)且回路大(dà)小可等效(xiao)爲回路電(diàn)感。根據“變(biàn)壓器效應(yīng)”會産🧡生一(yi)個尖峰即(jí)微分幹擾(rǎo)疊加在電(dian)極上，影響(xiǎng)流量的測(cè)量。
1微分幹(gàn)擾相關研(yan)究
　　當前消(xiao)除微分噪(zao)聲主要從(cóng)信号處理(lǐ)方面入手(shǒu)，并未🌈對影(yǐng)響噪聲的(de)因素加以(yi)研究。建立(li)電極測量(liang)回路等🈲效(xiao)模型，給出(chū)仿🤟真模💚型(xing)搭建、參數(shu)取值和仿(pang)真♋結果分(fen)析。
2電極測(ce)量回路模(mó)型建立
2.1測(cè)量回路等(deng)效模型
　　測(cè)量電極與(yǔ)流體介質(zhi)接觸時會(huì)發生電化(huà)學反應［7］在(zài)電極－溶液(ye)📧界面形成(chéng)阻抗，通常(cháng)由法拉第(di)阻抗與雙(shuang)電層電容(rong)并聯組成(cheng)。法拉第過(guò)程分爲電(diàn)荷傳遞過(guò)程和擴散(sàn)過程，相應(ying)的法拉第(dì)阻抗🍓由電(diàn)荷傳遞電(dian)阻與擴♍散(sàn)阻抗串聯(lian)組成。一般(ban)電磁流量(liàng)計的勵⭕磁(ci)頻率大于(yú)1Hz，而擴散阻(zǔ)抗發生在(zai)更低♍頻率(lǜ)内，不考慮(lǜ)擴散過程(cheng)🍓，電🧡極等效(xiao)阻抗爲電(diàn)荷傳遞電(dian)阻與雙電(diàn)層電容并(bìng)聯後再與(yu)電極接觸(chu)電🈲阻串聯(lián)。基于電☔極(ji)🏃🏻‍♂️阻抗建立(lì)的電極等(deng)效測量回(hui)路如♍圖💞1所(suo)示。

　　圖中：Rs1和(he)Rs2爲電荷傳(chuan)遞電阻；C1和(hé)C2爲雙電層(ceng)電容；Rt爲兩(liang)個測量電(diàn)極間🌏的接(jiē)觸電阻滿(man)足Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(ci)線圈等效(xiao)電💯感；L1爲閉(bi)合回路等(děng)效電感；R1和(he)R2爲放大器(qì)輸入電阻(zǔ)；P1和P2爲由“變(bian)🌈壓器效應(ying)”疊加❄️在測(cè)量電極上(shang)的微分幹(gàn)擾；U1爲流體(ti)切割磁力(li)線産生的(de)感應電勢(shì)；Ue爲勵磁電(dian)壓。假設磁(cí)感應強度(du)由勵磁電(diàn)流決定且(qie)成正比關(guān)系😄即B＝aI，忽略(lue)串模等幹(gan)擾則電極(jí)間電壓爲(wèi)感應電㊙️勢(shì)與微分幹(gàn)擾的疊加(jiā)，基本方程(chéng)如下：

則微(wēi)分幹擾的(de)量化表達(dá)式爲：

　　式中(zhong)，Rx爲勵磁線(xian)圈銅耗電(diàn)阻。由于在(zai)兩個測量(liang)電極上☁️感(gǎn)應出的流(liu)量信号大(dà)小相等方(fāng)向相反，可(ke)對其中一(yi)🈲個電極進(jin)行研究。對(duì)于電極A，假(jiǎ)設單電極(jí)回路🌂的總(zǒng)阻抗爲ZA，則(zé)💘：

2.2參數取值(zhí)
　　電極上的(de)感應電動(dòng)勢在沒有(yǒu)經過放大(dà)之前一般(bān)很小，取值(zhi)在幾毫伏(fú)到幾百毫(hao)伏之内，仿(páng)真中流速(su)感應電勢(shì)取10mV。放大器(qì)♈的輸入電(dian)阻遠遠大(da)于内阻，文(wén)獻［8］中給出(chū)電荷傳遞(di)電阻爲Rs＝50Ω。電(diàn)極接觸電(dian)阻與溶液(yè)🔞電導率有(yǒu)關一般取(qǔ)💜Rt＝15kΩ。雙電層電(dian)容C1＝20μF。将各參(cān)數值代入(ru)到式（7）中，可(ke)得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理想情(qíng)況兩個電(diàn)極參數取(qu)值相等，實(shí)⁉️際中兩者(zhe)會存在差(chà)異對于電(dian)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(ji)信号仿真(zhen)
3.1仿真模型(xing)
　　基于Matlab中Siumlink對(dui)電極信号(hao)進行仿真(zhen)，勵磁方式(shi)爲三值波(bo)勵磁👅，勵磁(cí)✊頻率f＝25Hz，傳感(gan)器參數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵(lì)磁系統參(cān)數Ue＝100V、穩态電(diàn)流I0＝200mA。
　　基于電(diàn)極測量回(hui)路搭建的(de)仿真模型(xíng)如圖2所示(shì)，圖中信号(hao)模塊pulsGenerator通過(guò)加法器、乘(cheng)法器得到(dao)勵磁電流(liú)。由🏃公式🌂（1），在(zài)固定流速(su)下🌍感應電(diàn)勢與勵磁(cí)電流成正(zhèng)比，通過增(zēng)加Gain1模塊得(dé)到感應電(dian)勢信号。對(dui)勵磁電流(liú)進行求導(dǎo)即🔆經模塊(kuài)Derivative得到微分(fèn)噪聲，其中(zhōng)Gain值與Lx和L1相(xiang)關。感應電(diàn)勢與噪聲(sheng)經Add1疊加之(zhi)後得到電(dian)極信号E1（t）。scope觀(guān)察輸出信(xìn)号波形。
　　仿(páng)真波形和(hé)真實波形(xing)如圖3所示(shì)。将傳感器(qì)參數代🙇‍♀️入(rù)到勵磁電(dian)💔流穩态調(diao)節時間［9］公(gōng)式中，得電(diàn)流上升時(shi)間爲360μs，測✨得(dé)實🐉際上🥰升(sheng)時🐪間爲390μs，兩(liǎng)者相差不(bu)大，驗證😘了(le)仿真⚽模型(xíng)的正确性(xing)。


3.2仿真(zhen)實驗
　　仿真(zhēn)試驗中，設(she)定線圈等(děng)效電感取(qu)值範圍爲(wèi)162～212mH，間隔10mH；閉🥰合(he)回路等效(xiào)電感範圍(wei)0.2～1mH，間隔爲0.2mH；雙(shuang)電層電容(róng)、接觸電阻(zu)随流體電(dian)🔞導率變化(hua)而變化，電(dian)導率增大(da)接觸電阻(zu)和雙電層(ceng)✔️電容減小(xiǎo)而電荷傳(chuán)遞👨‍❤️‍👨電阻增(zēng)大。可設定(ding)電極🎯接觸(chu)電阻、雙電(dian)層電容和(he)電荷傳遞(dì)電阻🌈範圍(wéi)分别爲5～15kΩ、10～20μF和(hé)50～60Ω，由公式（7）知(zhī)，可用T2表示(shi)上述三者(zhě)關系。仿真(zhēn)參數取值(zhi)🍓不同情況(kuàng)下，通🐇過MATLAB工(gong)具箱對仿(páng)真測量得(dé)到的幹擾(rǎo)峰值進行(háng)曲線拟合(hé)畫出相應(ying)的曲線㊙️圖(tú)。其中仿真(zhēn)數據和相(xiàng)對應的曲(qǔ)線🐅方🏃‍♂️程如(ru)表1～表4所示(shì)，曲線🐅圖如(ru)圖4～圖6。

3.3仿真(zhen)結果分析(xī)
　　圖4爲改變(biàn)勵磁線圈(quan)等效電感(gan)其它值保(bao)持不變時(shí)測得🔞的幹(gàn)擾🈲結果，可(kě)以看出，當(dāng)線圈等效(xiào)電感取值(zhi)不同時，幹(gan)擾峰值存(cún)在變化，電(dian)感越大線(xiàn)圈中電流(liú)上升（下降(jiang)）時間越長(zhang)，微分幹擾(rao)越大。

　　圖5爲(wèi)改變測量(liàng)回路等效(xiào)電感即等(děng)價于改變(bian)交變🍉磁力(li)線穿❄️過😍測(ce)量回路等(deng)效面積時(shí)測得的幹(gan)擾結‼️果，随(sui)着值💰增大(dà)幹擾呈逐(zhú)漸增大的(de)趨勢。因此(ci)要避免電(diàn)極走線偏(pian)離，盡量保(bǎo)持回路與(yu)磁力線平(píng)行以減小(xiǎo)幹擾。

　　圖6爲電極(jí)等效阻抗(kang)值變化時(shi)測得的幹(gan)擾結果，當(dāng)溶液電導(dao)率改變時(shi)電極等效(xiào)阻抗值變(biàn)化，同樣會(hui)對微分噪(zào)💁聲産生較(jiao)大影響。電(dian)導率越大(da)幹擾峰值(zhí)越小。

4結束語
　　運(yùn)用MATLAB仿真軟(ruan)件對電磁(ci)流量計電(dian)極信号進(jìn)行建模仿(páng)真，通㊙️過該(gai)💃模型分析(xi)勵磁線圈(quān)等效電感(gǎn)、閉合回路(lù)和🌐電極㊙️等(děng)效🧡阻抗取(qu)值☀️變化情(qing)況下微分(fèn)幹擾變化(hua)，得到影響(xiang)微分幹擾(rao)原因。

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