摘(zhāi)要：傳(chuán)統電磁(cí)流量計 在消除微分幹擾時大(dà)多數(shù)采用在硬件電路上(shàng)消除(chú)或者避開(kāi)微分幹擾時段進(jìn)行(háng)采樣，很少研究影響(xiǎng)幹擾的原(yuán)因。基于真實電極情況(kuàng)，建立電(diàn)極回路測量模(mó)型并基(jī)于模型進行電極(jí)信号(hào)仿真(zhēn)，研究了傳(chuán)感器(qì)參數(shù)和電(diàn)極參(cān)數變化對(duì)微分幹擾(rǎo)的影響。結果表明，當(dāng)參數取值不同時尖峰幹(gàn)擾也(yě)不相同，從而爲(wèi)研究(jiū)和(hé)消除幹擾減小測量誤(wù)差提(tí)供理論依(yī)據。
電磁流(liú)量計(jì)是基于法拉第(dì)電磁感應(yīng)定律(lǜ)的流量儀表，主要由傳感器和(hé)變送(sòng)器組成，傳(chuán)感器(qì)将(jiāng)待(dài)測流(liú)體轉(zhuǎn)換成(chéng)電信(xìn)号，變送(sòng)器對電(diàn)信号(hào)進行一系(xì)列的(de)處理(lǐ)轉換(huàn)成實際對應(yīng)的(de)流量。理想(xiǎng)情況(kuàng)下電(diàn)極上(shàng)感應(yīng)出的電(diàn)勢與流(liú)體流速(sù)成正比(bǐ)，但在實(shí)際(jì)中電(diàn)極信(xìn)号摻(chān)雜許(xǔ)多幹擾(rǎo)信(xìn)号，主(zhǔ)要的(de)幹擾爲微(wēi)分幹擾、同(tóng)向幹(gàn)擾、工頻幹擾、共(gòng)模幹(gàn)擾、串模幹擾、漿液幹擾和(hé)極化幹擾等。爲(wèi)确保流量計測(cè)量準确性須對(duì)幹擾進行抑制(zhì)，如采(cǎi)用(yòng)交(jiāo)流勵磁克服極(jí)化幹(gàn)擾、高共(gòng)模(mó)抑制比差(chà)分放大器(qì)克服共模(mó)幹擾、勵磁頻(pín)率爲工(gōng)頻整(zhěng)數倍克服工頻幹擾、良好(hǎo)接地技術(shù)和靜(jìng)電屏蔽克服串(chuàn)模幹擾、漿液噪聲符合1／f特性可(kě)通過提(tí)高勵磁(cí)頻率(lǜ)加以克服(fú)。
　　當采(cǎi)用交流勵(lì)磁時，由(yóu)于存在(zài)勵磁線圈等效(xiào)電感，勵(lì)磁(cí)切換(huàn)過程(chéng)中勵(lì)磁電流存(cún)在漸(jiàn)變過(guò)程，在這一(yī)過程(chéng)中磁感應強度(dù)處(chù)于非穩定狀态，變化的磁場(chǎng)穿過由被測流(liú)體、測量(liàng)電極、電(diàn)極引(yǐn)出線(xiàn)和變(biàn)送器共同組成(chéng)的閉合回路，實際中該(gāi)回路不(bú)可能與磁(cí)力線(xiàn)保持平行，此時(shí)勵(lì)磁(cí)線圈相當(dāng)于變壓(yā)器的初(chū)級線(xiàn)圈，閉(bì)合回路等(děng)價(jià)于隻有(yǒu)一匝的(de)次級線(xiàn)圈且回路大小(xiǎo)可等效爲回路電感(gǎn)。根據“變壓(yā)器效應”會(huì)産生(shēng)一個尖(jiān)峰即微(wēi)分(fèn)幹擾疊(dié)加在(zài)電極上，影響流(liú)量的測量(liàng)。
1微分幹擾(rǎo)相關(guān)研究(jiū)
　　當前消(xiāo)除(chú)微分(fèn)噪聲主要從信(xìn)号處理方面入(rù)手，并未對影響(xiǎng)噪聲的(de)因(yīn)素加以研(yán)究。建立電極測量回路等效模型，給出仿(páng)真模型搭建、參數取(qǔ)值(zhí)和仿真(zhēn)結果分析。
2電極(jí)測量(liàng)回路模型(xíng)建立(lì)
2.1測(cè)量(liàng)回路等效(xiào)模型
　　測量(liàng)電極與流(liú)體介質接(jiē)觸(chù)時(shí)會發(fā)生電化學反應(yīng)［7］在電極－溶液(yè)界(jiè)面形(xíng)成(chéng)阻抗，通(tōng)常由法拉第阻(zǔ)抗與(yǔ)雙電(diàn)層電(diàn)容并聯組成。法(fǎ)拉第過程(chéng)分爲(wèi)電荷傳(chuán)遞過程(chéng)和擴(kuò)散過程，相(xiàng)應的法拉第阻(zǔ)抗由電荷(hé)傳遞(dì)電阻(zǔ)與擴散(sàn)阻(zǔ)抗串(chuàn)聯組(zǔ)成。一(yī)般電(diàn)磁(cí)流量計(jì)的勵磁頻率大于1hz，而(ér)擴散阻抗(kàng)發生(shēng)在(zài)更(gèng)低頻(pín)率内，不考慮擴散過程，電極等效阻(zǔ)抗爲電荷(hé)傳遞電阻與雙(shuāng)電層電容并聯(lián)後再(zài)與電(diàn)極接(jiē)觸電阻串聯。基(jī)于電極阻(zǔ)抗建(jiàn)立的電(diàn)極(jí)等效(xiào)測量回路(lù)如圖1所示。

　　圖(tú)中：rs1和(hé)rs2爲電荷(hé)傳遞電阻；c1和(hé)c2爲(wèi)雙電層電(diàn)容；rt爲兩個測(cè)量電極(jí)間的(de)接(jiē)觸(chù)電阻滿(mǎn)足(zú)rt＝rt1＋rt2；lx爲勵(lì)磁線(xiàn)圈等效電感(gǎn)；l1爲閉合回路等效電感；r1和r2爲放大器輸(shū)入電阻；p1和(hé)p2爲由“變壓器效應”疊加在測(cè)量電極上(shàng)的微分(fèn)幹擾；u1爲(wèi)流(liú)體切(qiē)割磁力線産生的(de)感應(yīng)電勢；ue爲(wèi)勵磁(cí)電壓(yā)。假設磁感(gǎn)應強(qiáng)度由(yóu)勵磁電流(liú)決定且成正比關系即b＝ai，忽略串模等(děng)幹擾則(zé)電極間(jiān)電壓爲(wèi)感應電勢與微(wēi)分幹擾的疊(dié)加，基本方程如下(xià)：

則微分(fèn)幹擾的量化(huà)表(biǎo)達式(shì)爲：

　　式中，rx爲(wèi)勵磁線圈銅耗電阻(zǔ)。由于(yú)在兩(liǎng)個(gè)測量電(diàn)極上感應(yīng)出的流(liú)量(liàng)信号大小(xiǎo)相等(děng)方向(xiàng)相反，可對(duì)其中(zhōng)一個電極進行研究。對于(yú)電極a，假設單電(diàn)極回路的總阻(zǔ)抗爲(wèi)za，則：

2.2參數取(qǔ)值
　　電(diàn)極(jí)上的感(gǎn)應電動勢(shì)在沒(méi)有經過放大(dà)之(zhī)前一(yī)般很(hěn)小，取(qǔ)值在(zài)幾(jǐ)毫伏到(dào)幾百毫伏之内(nèi)，仿真中流速感(gǎn)應電(diàn)勢(shì)取(qǔ)10mv。放大(dà)器的(de)輸(shū)入電阻(zǔ)遠遠大(dà)于内阻，文獻(xiàn)［8］中給出電(diàn)荷傳遞電阻爲rs＝50Ω。電極(jí)接觸電(diàn)阻與溶(róng)液電導率(lǜ)有關一(yī)般取rt＝15kΩ。雙電層(céng)電容(róng)c1＝20μf。将各參數(shù)值(zhí)代入到(dào)式（7）中(zhōng)，可得k1＝0.998，t1＝0.001，t＝9.9×10－4。理想(xiǎng)情況(kuàng)兩(liǎng)個(gè)電極參數取(qǔ)值(zhí)相等，實際(jì)中兩(liǎng)者會存(cún)在差異(yì)對于(yú)電極(jí)b可取k1＝0.997，t1＝9.75×10－4，t2＝9.74×10－4。
3基(jī)于matlab的電極信号仿(páng)真
3.1仿(páng)真模型
　　基(jī)于matlab中siumlink對電極信号進(jìn)行仿真，勵(lì)磁方式爲(wèi)三值(zhí)波勵(lì)磁，勵磁頻(pín)率f＝25hz，傳感器(qì)參數d＝40mm、rx＝88.8Ω、lx＝162mh，勵磁系統參數(shù)ue＝100v、穩态電(diàn)流(liú)i0＝200ma。
　　基于(yú)電極(jí)測量回(huí)路(lù)搭建的仿(páng)真模(mó)型如(rú)圖2所示，圖(tú)中信号模(mó)塊pulsgenerator通(tōng)過加(jiā)法(fǎ)器、乘法(fǎ)器得到勵(lì)磁電流。由(yóu)公(gōng)式（1），在固定流速(sù)下感應(yīng)電勢與勵磁電(diàn)流成正比，通過(guò)增加gain1模(mó)塊得到(dào)感應電(diàn)勢(shì)信号(hào)。對勵(lì)磁(cí)電流進(jìn)行求(qiú)導即(jí)經模塊derivative得(dé)到微分噪(zào)聲，其(qí)中gain值(zhí)與lx和l1相關(guān)。感應(yīng)電勢(shì)與噪聲(shēng)經(jīng)add1疊加(jiā)之後(hòu)得到(dào)電極(jí)信(xìn)号(hào)e1（t）。scope觀(guān)察輸出(chū)信号波形(xíng)。
　　仿真波形和(hé)真實波形如(rú)圖3所示。将傳感器參數代(dài)入到(dào)勵(lì)磁(cí)電流(liú)穩态調節(jiē)時(shí)間［9］公式(shì)中，得電流(liú)上升時(shí)間(jiān)爲360μs，測得實際上升時(shí)間(jiān)爲390μs，兩者(zhě)相差(chà)不大(dà)，驗證了仿(páng)真模型的正确(què)性。


3.2仿真實(shí)驗
　　仿真試驗中，設定線圈等效(xiào)電感取值範圍(wéi)爲162～212mh，間(jiān)隔10mh；閉(bì)合回(huí)路等效電感範(fàn)圍0.2～1mh，間隔(gé)爲(wèi)0.2mh；雙電層電(diàn)容、接觸電(diàn)阻随流體電導(dǎo)率變化而(ér)變化(huà)，電導率增大接觸電阻和雙電層電容減小而(ér)電荷傳遞(dì)電阻(zǔ)增大。可設定電(diàn)極接觸電(diàn)阻、雙(shuāng)電層(céng)電容和電(diàn)荷傳(chuán)遞電阻範圍分别爲5～15kΩ、10～20μf和50～60Ω，由(yóu)公式（7）知(zhī)，可用t2表示上述三者關系。仿真(zhēn)參數取值不同(tóng)情況下(xià)，通過matlab工具(jù)箱對(duì)仿真(zhēn)測量(liàng)得到的幹(gàn)擾峰值進(jìn)行曲(qǔ)線(xiàn)拟(nǐ)合畫(huà)出相應的(de)曲線圖。其中(zhōng)仿真數(shù)據和(hé)相對應的曲線方程如表(biǎo)1～表4所(suǒ)示，曲(qǔ)線圖(tú)如圖(tú)4～圖6。

3.3仿真結(jié)果分析
　　圖4爲改變勵磁線圈(quān)等效電(diàn)感其它值保持不(bú)變時測(cè)得的(de)幹擾結果(guǒ)，可以(yǐ)看出，當線(xiàn)圈等效(xiào)電感取(qǔ)值不同時(shí)，幹擾(rǎo)峰值存在變化，電感(gǎn)越大線圈(quān)中電流上升（下(xià)降）時間越(yuè)長，微分幹擾越大。

　　圖5爲改(gǎi)變測(cè)量回路等效電(diàn)感即等價(jià)于改變交變磁力線穿過測量(liàng)回路(lù)等效面積(jī)時測(cè)得的幹擾結果，随着(zhe)值(zhí)增大幹(gàn)擾呈逐漸增大的趨勢(shì)。因(yīn)此要(yào)避免(miǎn)電極(jí)走線(xiàn)偏離，盡量保持(chí)回路與磁(cí)力線平行(háng)以減小幹(gàn)擾。

　　圖(tú)6爲電(diàn)極(jí)等(děng)效阻(zǔ)抗值變(biàn)化時測(cè)得的幹擾結果(guǒ)，當溶(róng)液(yè)電導率(lǜ)改變時(shí)電極等(děng)效阻抗值(zhí)變化，同樣(yàng)會對(duì)微分噪聲(shēng)産生較大(dà)影響。電(diàn)導(dǎo)率越(yuè)大幹擾峰值越(yuè)小。

4結(jié)束語
　　運用(yòng)matlab仿真軟件對電磁流(liú)量計電極(jí)信号進行建模(mó)仿真(zhēn)，通過該模(mó)型分(fèn)析(xī)勵磁線(xiàn)圈等(děng)效(xiào)電感、閉(bì)合回路和(hé)電極(jí)等效阻抗取值(zhí)變化情況下微(wēi)分幹擾變(biàn)化，得(dé)到影響(xiǎng)微分幹(gàn)擾原因(yīn)。

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