摘要：傳統(tong)電磁流量(liang)計 在消除(chú)微分幹擾(rao)時大多數(shu)采用在硬(yìng)件電路.上(shàng)消除或㊙️者(zhě)👨‍❤️‍👨避開微分(fèn)幹擾時段(duàn)進行采樣(yang)，很少研究(jiu)影✂️響幹♍擾(rao)的原因。基(ji)于真實🎯電(diàn)極情況，建(jiàn)立電極回(huí)路測量模(mo)型并基于(yú)模型進行(hang)電極信号(hao)仿真，研究(jiū)了傳感器(qì)參數和電(dian)極參數變(bian)化對微分(fèn)幹♊擾的影(yǐng)響。結果表(biao)明，當參數(shù)取值不同(tóng)時尖峰幹(gan)擾也不相(xiàng)同，從而爲(wèi)研究和消(xiāo)除幹擾減(jiǎn)小測量誤(wù)差提供理(li)論依據。
引(yin)言
　　電磁流(liu)量計是基(jī)于法拉第(dì)電磁感應(yīng)定律的流(liú)量儀表😍，主(zhǔ)要⛱️由傳感(gan)器和變送(sòng)器組成，傳(chuan)感器将待(dài)測流體轉(zhuan)換成電信(xìn)号,變送器(qì)對電信号(hào)進行一系(xì)列的處理(lǐ)轉換成實(shi)際對應的(de)流量。理想(xiang)情況下電(diàn)極上感應(ying)出的電勢(shi)與流體流(liu)速♉成正比(bi)，但在實際(jì)中電極信(xìn)号摻雜許(xǔ)多幹擾信(xìn)号，主要的(de)幹擾爲微(wēi)分幹擾、同(tóng)向幹擾、工(gong)頻幹擾、共(gòng)模幹擾、串(chuan)模幹擾、漿(jiāng)液🔞幹擾和(hé)極化幹擾(rao)等。爲确保(bǎo)流量計測(cè)量準确性(xing)須對幹擾(rǎo)進行抑制(zhì)，如采用交(jiao)流勵磁克(ke)服極化幹(gan)擾、高共模(mo)抑制比差(cha)分放大器(qì)克服共模(mó)幹擾、勵磁(cí)頻率爲工(gōng)頻整數倍(bèi)克服工頻(pín)幹擾、良好(hǎo)接地技術(shu)和☔靜電屏(píng)蔽克服串(chuan)模幹擾、漿(jiāng)✌️液噪聲符(fú)合1/f特性可(kě)通📞過提高(gāo)勵磁頻率(lǜ)加以克服(fu)。經上述信(xin)号處理方(fāng)法之後電(diàn)極🔴上主要(yao)的幹擾爲(wèi)微分幹擾(rǎo)。當采用交(jiāo)流勵磁時(shí)，由于存在(zài)勵磁線圈(quan)等效電感(gan)，勵磁切換(huàn)過程中勵(li)磁電流存(cun)在漸變過(guo)程，在這一(yī)過程中磁(cí)感應強度(dù)處于非穩(wěn)定狀态，變(bian)化的磁場(chǎng)穿過由被(bei)測流體、測(ce)量電極、電(dian)極引出線(xiàn)和📱變送器(qì)共同組成(chéng)的😍閉合回(hui)路，實際中(zhōng)該回路不(bu)可能與🐅磁(ci)力線保持(chí)平行，此時(shi)勵⚽磁線圈(quān)相當于變(biàn)壓器的初(chu)級線圈，閉(bi)合回路等(děng)價于隻有(you)一匝的次(cì)級線圈且(qiě)回路大小(xiao)可等效爲(wèi)回路電感(gan)。根據“變壓(ya)器效應”會(hui)産生一個(gè)尖峰即微(wēi)分幹擾疊(die)加在電極(ji)上，影響流(liú)量的測量(liang)。
數據采集(jí)分析
1.1現場(chang)實驗
　　針對(duì)電磁流量(liang)計測量水(shuǐ)煤漿時出(chū)現較大波(bo)動，甚至回(hui)零這一問(wèn)題，特去某(mou)煤化工企(qǐ)業進行現(xiàn)場數據采(cǎi)集。該🔴公司(si)所使用的(de)對置式四(sì)噴嘴氣化(hua)爐有4個噴(pen)嘴，噴嘴管(guǎn)💔道口徑爲(wèi)125mm,管中水煤(méi)漿流量基(ji)本穩⭐定在(zai)19m2/h(流速🤟約爲(wèi)0.48m/s)。每條噴嘴(zui)煤漿💋線_上(shàng)安裝了3台(tai)電磁流量(liang)計，每台電(dian)磁流量計(jì)由傳感器(qi)和☀️變送器(qi)兩部分組(zǔ)成。選擇其(qí)🛀🏻中1條水煤(mei)漿管線上(shang)的1台電磁(ci)流量計進(jin)行數據采(cai)集，因爲該(gāi)台電磁流(liu)量計測量(liàng)結果波✏️動(dòng)大，甚至出(chu)現回零的(de)現象。将課(kè)題組研制(zhi)的基于DSP的(de)電磁🙇‍♀️流量(liang)變送器💋的(de)信号線和(he)勵磁線接(jie)到該電磁(cí)流量傳感(gǎn)器的電極(jí)和勵磁線(xiàn)圈上,組合(hé)成完整的(de)電磁流🙇🏻量(liang)計,進行水(shui)煤漿數據(ju)采集。使用(yong)的電🏒磁流(liu)🍉量變送器(qi)是以TI公司(si)DSP芯片TMS320F28335爲核(hé)心，采用高(gao)頻勵磁方(fāng)案，其☔硬件(jiàn)主要包括(kuò)勵磁控制(zhì)系統和信(xin)号采集處(chu)理系統，具(ju)體的模塊(kuài)有勵磁驅(qu)動模塊、信(xin)号調理采(cǎi)集模塊、信(xìn)号處理控(kong)制模塊、人(rén)機接口模(mó)塊、通信模(mó)塊及電源(yuán)管理模塊(kuai)。信号調理(li)采集模塊(kuài)中的調理(lǐ)電路對一(yī)次儀表輸(shu)出的信号(hào)進行放大(da)和濾波，截(jie)止頻率是(shì)2kHz,放大倍數(shu)約爲230倍。通(tong)過NI公司USB-6216型(xing)号的數據(jù)采集🧑🏾‍🤝‍🧑🏼卡進(jìn)行數據采(cai)集❤️，把調理(lǐ)電路的輸(shū)出☁️端連接(jie)到數據采(cǎi)集卡的一(yī)個差分輸(shu)人端，并設(she)置數據采(cai)集卡工作(zuo)在差分的(de)測量模式(shì)，設置采集(jí)卡的采樣(yàng)頻率爲10kHz.采(cǎi)集多組水(shui)⚽煤漿信号(hào)數據，每組(zu)數據的時(shi)間長度爲(wei)5min.
1.2數據分析(xi)
　　現場采集(jí)了25Hz方波勵(li)磁下的水(shuǐ)煤漿信号(hào)，發現水煤(mei)漿信号的(de)幅🥵值非常(cháng)大，甚至接(jie)近AD的量程(cheng)上限。水煤(méi)漿信🐉号主(zhu)要由感應(ying)電動勢信(xin)号和電極(jí)噪聲組成(chéng)。其中，感🍉應(yīng)電動勢信(xin)号是由導(dǎo)電液體切(qiē)割磁場産(chǎn)生的，其幅(fu)值和相同(tóng)流量下介(jie)質爲水的(de)感應電動(dong)勢幅值相(xiàng)同，僅約爲(wèi)數十毫伏(fú)。這是因爲(wèi)電磁流量(liàng)⛱️計不受被(bei)測導電介(jiè)質的溫度(du)、黏度、密度(dù)以及導電(dian)率的影響(xiang)，隻要經過(guò)水标定後(hou)，就可以用(yong)來測量其(qí)🧡他導電液(yè)體的流量(liàng)。電極噪聲(shēng)是水煤漿(jiang)中的固體(tǐ)顆粒劃過(guò)電極而引(yin)起的信号(hao)⚽跳變，也稱(cheng)爲漿液噪(zào)👌聲，具有強(qiang)非平穩性(xing)、随機性，頻(pín)域具有近(jin)🔞似1/f的特性(xìng)。水煤漿信(xìn)号中的漿(jiang)液噪聲幅(fu)值非常大(dà)，峰值可達(da)數伏，遠遠(yuan)高于與流(liu)量相🔆關的(de)‼️感應電動(dòng)勢信号。這(zhe)給流量信(xìn)号的提取(qu)造成了極(jí)大的困難(nan)✍️”。
2基于MATLAB的電(dian)極信号仿(pang)真
2.1仿真模(mó)型
　　基于Matlab中(zhōng)Siumlink對電極信(xin)号進行仿(pang)真，勵磁方(fang)式爲三值(zhí)波🤩勵磁，勵(lì)磁頻♈率f=25Hz,傳(chuán)感器參數(shù)D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁系統(tong)參數Ue=100V、穩态(tài)電流I0=200mA。由公(gōng)式(1)，在固定(ding)流速下感(gan)應電勢與(yu)勵磁電流(liú)成正比，通(tōng)過增加☁️Gain1模(mo)塊得到感(gan)應電勢信(xin)号。對勵磁(cí)流進行求(qiu)導即經模(mo)塊Derivative得到微(wēi)分噪聲，其(qí)中Gain值與Lx和(hé)L1相關。感應(ying)電勢🆚與噪(zao)聲經Add1疊加(jia)之後得到(dào)電極信号(hào)E1(t)。scope觀察輸出(chu)信号波形(xing)。将傳感器(qì)參💋數代人(rén)到勵磁電(diàn)流穩态調(diào)節🔞時間公(gong)式中，得📱電(diàn)流上升時(shi)間爲360μs，測得(dé)實✂️際上升(shēng)時間爲390μs，兩(liang)者相差不(bu)大，驗證了(le)仿🧑🏽‍🤝‍🧑🏻真模型(xíng)的正确性(xìng)。
2.2仿真實驗(yàn)
　　仿真試驗(yan)中，設定線(xiàn)圈等效電(diàn)感取值範(fan)圍爲162~212mH，間隔(gé)10mH;閉合回路(lu)等效電感(gǎn)範圍0.2~1mH,間隔(ge)爲0.2mH;雙電層(ceng)電容、接觸(chu)電阻🏃‍♂️随流(liú)✍️體電導率(lǜ)變化⚽而變(biàn)化，電導率(lü)增大接觸(chù)電阻和雙(shuāng)電層🌈電容(rong)減🙇🏻小而電(diàn)❗荷傳遞電(diàn)阻增大。可(ke)💔設定電極(jí)接觸電阻(zǔ)、雙電層電(diàn)容和電荷(he)傳遞電阻(zǔ)範圍分别(bié)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由公(gōng)式(7)知，可用(yong)T2表示.上述(shu)三者關系(xì)♊。仿真參數(shù)取值不同(tong)情況下，通(tong)過MATLABI具箱對(duì)仿真測量(liàng)得到的幹(gan)擾峰值進(jìn)行曲線拟(nǐ)合畫出相(xiàng)應的曲線(xiàn)圖吧。
3結束(shù)語
　　主要針(zhēn)對電磁流(liú)量計的50Hz工(gōng)頻幹擾，提(tí)出采用巴(bā)特沃斯帶(dai)阻濾💃🏻波的(de)信号處理(lǐ)方法，運用(yòng)MATLAB實現巴特(te)沃斯帶阻(zu)濾波器的(de)設計。通過(guò)MATLAB仿真，驗證(zhèng)了本濾波(bō)方法的可(kě)行性，将50Hz工(gong)頻幹🌈擾有(yǒu)效地濾除(chú)，研制出基(jī)于MSP430的低頻(pín)矩🌍形波勵(li)磁的轉換(huan)器，并設計(jì)了軟件系(xì)統💯，可以實(shi)時處理信(xìn)号。爲了驗(yàn)證濾波算(suàn)法的可行(hang)性，并測試(shi)電磁流量(liàng)計的測量(liàng)精度，采用(yong)标準表标(biāo)定✂️法進行(hang)了水流量(liàng)标定實✉️驗(yàn)。

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