摘要:渦街流量(liàng)計 測量阻流體(tǐ)時物理信号動(dòng)态範圍大，尤其(qí)在測量弱⭕信号(hao)時易受噪聲影(ying)響，因此其前置(zhi)放大電路性能(neng)必🌈須充分考🌏慮(lü)電路本底噪聲(sheng)因素。分析了φ50型(xing)号氣體渦街流(liú)量計前置💘放大(dà)電路的系統噪(zào)聲組成，對電路(lu)噪聲進行分析(xī)、計算，得出理論(lùn)上的電路本底(di)等效噪聲值爲(wèi)4.59μV。利用Multisim14.0作爲仿真(zhēn)環境進行測試(shi)驗證，表明利用(yòng)此電路可檢測(cè)10μV以上的信号。提(tí)出的電路設計(jì)爲♉實際電路優(yōu)化提供了理論(lùn)參考依據。
引言(yan).
　　渦街流量計在(zài)計量領域具有(yǒu)廣泛的應用場(chǎng)景。目前，若♋要利(li)用渦街流量計(ji)實現精密測量(liang)，還需要處理本(běn)底噪聲問題，因(yin)爲它是影響測(cè)量精度的最主(zhǔ)要因素。
　　本文針(zhen)對上述問題，首(shǒu)先基于中50型号(hào)氣體渦街流量(liàng)計的☔前✍️置放大(dà)電路進行分析(xi)，将複雜的電路(lu)等效成👌簡化電(dian)路;接着在特定(ding)渦街流量計前(qián)置放大電路的(de)基礎上，對前置(zhì)放大器♋進行噪(zào)聲量化計算;最(zui)後基于噪聲影(ying)響情況，進行精(jing)度測量模拟仿(pang)真實驗，證實理(lǐ)論計算結果的(de)可靠性。結果顯(xian)示:噪聲⭐測量、算(suan)法和📱精度測試(shi)，能夠爲實際電(diàn)路測量中渦街(jiē)流量計🏒的性能(neng)改善提🔞供理論(lùn)參考。
1渦街流量(liàng)計計量原理
　　渦(wo)街流量計的原(yuán)理是在氣體或(huò)液體等流體中(zhong)安置🏃🏻‍♂️阻流體✔️，流(liu)體在經過阻流(liú)體時會交替産(chan)生兩串☎️規則的(de)旋渦(這種旋渦(wō)稱爲“卡門渦街(jiē)”)，旋渦頻率被🌈壓(ya)力傳感器檢測(cè)到後，利用流量(liàng)Q與頻率f的關系(xì)式測量流體的(de)流量，即👅
Q=f/K
　　其中，K是(shì)流量計的流量(liang)系數，可看作固(gu)定常數。
2前置放(fang)大電路噪聲分(fèn)析
　　本文選取了(le)最典型的中50型(xíng)号氣體渦街流(liu)量計的前置放(fàng)大✔️電路作爲特(tè)定樣本對噪聲(shēng)進行分析。系統(tǒng)噪👉聲包括電路(lù)内部産生的噪(zào)聲(也稱固有噪(zào)聲)，也包括電路(lù)外部的幹擾噪(zào)聲。前置放👉大器(qi)的固有噪聲主(zhǔ)要包括電阻熱(re)噪聲、集成運算(suàn)放大器自身的(de)等效噪聲。本章(zhāng)主要對渦街流(liú)量計系統電阻(zu)熱噪聲、運算放(fang)大器自身的等(děng)效噪聲進行分(fèn)析💛，外部幹擾噪(zào)聲不在讨論範(fan)圍⭐之内。
2.1熱噪聲(shēng)原理
(1)電阻熱噪(zao)聲:主要由電子(zi)的随機熱運動(dong)引起，産生噪聲(sheng)電壓。電🔴阻兩端(duan)産生的熱噪聲(sheng)電壓有效值E,滿(man)足
Q=f/K
　　其中，k一玻爾(er)茲曼常數;T一電(diàn)阻的絕對溫度(dù);R一電阻💋的阻☂️值(zhi),Ω;B一信♻️号帶寬。
注(zhu):在室溫下(17或290K)，4kT≈1.6x12-16V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻(zǔ)容并聯的熱噪(zao)聲:爲了限制頻(pín)帶寬度，有時要(yào)在電阻㊙️兩端連(lián)接電容。在阻容(rong)并聯的情況，電(diàn)路中開路的熱(re)噪聲有效值E10爲(wèi)
 
　　其中，C-并聯電容(rong)。
　　可以證明，無源(yuán)元件的任意連(lián)接所産生的熱(re).噪聲等同于🤟等(děng)效網絡阻抗的(de)實部電阻所産(chan)生的熱噪聲。
2.2運(yùn)算放大器自身(shen)等效噪聲分析(xī)
　　運算放大器的(de)噪聲模型也可(ke)以用等效噪聲(shēng)模型替代。圖1所(suo)👉示爲含噪放大(dà)器的電路圖，圖(tú)2爲噪聲等🌈效電(dian)路。其中，es是被測(cè)🌈信号💰電壓，Rs是信(xìn)号源的輸出電(dian)阻，e1是電阻熱噪(zao)聲等效的噪聲(shēng)電壓源，en和in分别(bié)是放大器自身(shēn)的等效噪聲電(dian)壓源和電流源(yuan)。
　　設et,en和in互不相關(guan)，噪聲電流源可(kě)以轉化爲電壓(yā)源inRs，其有效值的(de)平方表示爲
 
3前(qián)置放大電路噪(zào)聲計算分析
　　因(yin)不同電路的需(xū)求不同，設計一(yi)個電路往往也(ye)需要具有一些(xiē)其他功能，例如(ru)去除直流偏置(zhi)、抑制共模信号(hao)等。本章對該電(diàn)路進行合理的(de)簡化，以更方便(biàn)地計算噪聲，并(bing)對噪聲進行等(deng)效分析與計算(suan)。
 
3.1前置放大器電(dian)路分析
　　渦街流(liú)量計前置放大(da)電路如圖3所示(shi)。在該電路設計(ji)中，采用🙇‍♀️了⛹🏻‍♀️SGM8532芯片(pian)，利用電路的對(dui)稱性和負反饋(kui)作用，有🏃🏻效地☎️穩(wěn)定靜态工作點(dian)，以放大差模信(xìn)号，抑制共模信(xìn)号。在J2，R,1和R2的電路(lu)🏃中，交流信号可(kě)以順利通過①、②，而(ér)直流信👉号因受(shou)到C3、C4的影響隻能(néng)走J1,R1和R2的環路,使(shi)得兩條通路的(de)直流信号電位(wèi)相同，去除了直(zhí)流偏置。在對稱(cheng)環路中，爲了計(ji)算方便，我們将(jiāng)③等效成地。
　　簡化(hua)後的電路圖和(he)等效噪聲電路(lu)圖分别如圖4和(he)圖5所示。
 
3.2噪聲估(gū)算
　　由式(2)可知R3和(hé)R4串聯所産生的(de)熱噪聲爲Et=2.65×10-7V;
　　由式(shi)(3)可知阻容并聯(lian)所産生的熱噪(zào)聲爲
E10=4.47×10-6V。
　　圖6所示爲(wèi)SGM8532芯片手冊的部(bu)分片段，由
　　圖6及(ji)式(5)可得En=1-04×10-6V。
　　由公式(shi)(4)可知，該電路輸(shu)出的噪聲有效(xiao)值爲
 
　　因此，理論(lùn)上該電路可以(yi)檢測大于10μV(大于(yu)噪聲6dB以_上)的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻微(wei)弱🏃‍♂️信✌️号。
4仿真結(jie)果驗證
　　本章利(lì)用Multisim14.0作爲仿真環(huán)境，其自帶的噪(zào)聲源可以使仿(páng)真結果更⭕加正(zhèng)确。放大器爲理(lǐ)想放大器，V爲該(gai)放大器等效噪(zao)聲源，确保噪聲(shēng)的正确率。
　　電路(lu)仿真結果如圖(tu)7所示。由仿真結(jie)果可以看出，在(zai)總的噪聲中，V(p-p)大(dà)概爲2~8μV,與實際.結(jie)果相差不大，在(zài)同一量級💃🏻。實際(ji)噪聲稍微小，可(kě)🐪能是輸出頻率(lǜ)比理論值略小(xiao)導㊙️緻的。
5結束語(yǔ)
　　本文首先簡要(yào)介紹了渦街流(liu)量計原理及構(gòu).成，然後着重❤️分(fen)析了渦街流量(liang)計前置放大電(dian)路的各種噪聲(sheng)及公式，并以典(diǎn)型的φ50型号氣體(ti)渦街流量計的(de)前置放大電路(lu)作爲特定樣本(ben)，在建立噪聲模(mo)型的基礎.上，簡(jiǎn)✊單、有效地計算(suan)得到💜了渦街流(liu)量計前置放大(dà)電路的噪聲。通(tong)過對電路進行(háng)仿🔅真驗證，佐證(zhèng)了理論計算的(de)有效性。該電路(lù)㊙️可以.測量大于(yú)10μV的渦街信号，爲(wèi)後續實測及電(diàn)路優化提供理(li)論參考依✨據。

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