摘(zhai)要：傳統電(diàn)磁流量計(ji) 在消除微(wēi)分幹擾時(shi)大多數采(cai)用在硬件(jiàn)電路上消(xiāo)除或😍者避(bì)開微分幹(gan)擾時段進(jìn)行采樣，很(hen)少研究影(yǐng)響幹擾的(de)原因🧑🏾‍🤝‍🧑🏼。基于(yu)真實電極(ji)情況，建立(li)電極回路(lù)測量模型(xíng)并基于模(mó)型進行電(dian)極信号仿(pang)真，研究了(le)傳感器參(can)數和電極(jí)參數變化(huà)對微分幹(gan)擾的影響(xiǎng)。結果表明(ming)，當參數取(qǔ)值不💔同時(shi)尖峰幹擾(rao)也不相同(tong)，從而爲研(yán)究和消除(chú)幹擾減小(xiǎo)測量誤差(cha)提供理論(lùn)依據。
電磁(cí)流量計是(shì)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(bian)送器組成(chéng)，傳感器将(jiang)待測流體(ti)轉換成電(dian)信号，變送(sòng)♍器對電信(xin)号進行一(yī)系列的處(chù)理轉換成(cheng)實際對應(yīng)的流👈量。理(lǐ)想情況下(xià)電極上感(gan)應出的電(dian)勢與流體(ti)流速成正(zhèng)比，但💔在實(shí)際中電極(jí)信号摻👉雜(za)許多幹擾(rao)信号，主要(yào)的幹擾爲(wei)微分🛀幹擾(rǎo)、同向幹擾(rao)、工頻幹擾(rao)、共模幹擾(rao)、串模幹擾(rǎo)、漿液幹擾(rǎo)和極化幹(gan)擾♌等。爲确(què)保流量計(jì)測量準确(què)性須對幹(gan)擾進行抑(yi)制，如采用(yòng)交流勵磁(ci)克🔴服☀️極化(hua)幹擾🤟、高共(gòng)模抑制比(bi)差分放大(da)器克服共(gòng)模幹擾、勵(li)磁頻率爲(wèi)工頻整數(shu)倍克服工(gong)頻幹擾、良(liang)好接地技(jì)術和⛷️靜電(diàn)屏蔽克服(fú)串模幹擾(rao)、漿☀️液噪聲(sheng)符合1／f特性(xing)可通過提(tí)高勵磁頻(pín)率加以克(ke)服。
　　當采用(yòng)交流勵磁(cí)時，由于存(cún)在勵磁線(xian)圈等效電(dian)感🌍，勵磁切(qie)換過程中(zhong)勵磁電流(liú)存在漸變(bian)過程，在這(zhe)一過程中(zhōng)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(ti)、測量👈電極(ji)、電極引出(chū)🐕線和變送(sòng)器共同組(zǔ)成的閉合(he)回路，實際(ji)中該回路(lù)不可能與(yǔ)磁🐪力線保(bǎo)持平行，此(cǐ)時勵磁線(xiàn)圈相當于(yú)變壓器的(de)初級線圈(quān)，閉合回路(lu)等價于隻(zhī)有🔞一匝的(de)次級線圈(quan)且回路大(dà)小🈲可等效(xiào)爲回路☀️電(diàn)感。根據“變(biàn)壓器效應(ying)”會産生一(yi)個尖峰即(jí)微分幹擾(rǎo)疊加在電(dian)極上，影響(xiang)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(zào)聲主要從(cóng)信号處理(li)方面入手(shou)，并未對影(yǐng)響噪聲的(de)因素加以(yǐ)研究。建立(li)電極測量(liang)回路等效(xiào)模🔞型，給出(chu)仿真模型(xíng)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(mo)型建立
2.1測(cè)量回路等(deng)效模型
　　測(cè)量電極與(yu)流體介質(zhi)接觸時會(hui)發生電化(huà)學反應［7］在(zai)電極－溶液(ye)界面形成(chéng)阻抗，通常(chang)由法拉第(di)阻抗與雙(shuang)電✔️層電容(rong)并聯組成(cheng)。法🍉拉第過(guo)程分爲電(dian)荷傳遞過(guo)程和擴散(san)過程，相應(ying)的法拉第(di)阻抗由電(dian)荷傳遞電(dian)阻與擴散(sàn)阻抗串☁️聯(lián)組成。一般(bān)電磁流量(liàng)計的勵✍️磁(ci)頻率大于(yu)1Hz，而擴散阻(zǔ)抗發生在(zài)更低頻率(lǜ)内，不考♌慮(lǜ)擴散過程(chéng)，電極等效(xiao)阻抗爲電(dian)荷傳遞電(diàn)阻⚽與雙電(dian)層電容并(bing)聯後再與(yǔ)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(huí)路如圖1所(suǒ)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(liǎng)個測量電(diàn)極🏃‍♀️間的接(jiē)觸電阻滿(man)足Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(cí)線圈等效(xiào)電感；L1爲閉(bì)合回路等(deng)效電感；R1和(he)R2爲放大器(qì)輸入電阻(zu)；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(gan)擾；U1爲流體(tǐ)切割磁力(lì)線産生的(de)感應電勢(shi)；Ue爲勵磁電(dian)壓。假設磁(cí)感應強度(du)由勵磁電(dian)流決定且(qiě)成正比關(guan)系即B＝aI，忽略(luè)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(zhōng)，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(gan)💃🏻應🐪出💘的流(liú)量信号大(da)小相等方(fāng)向相反，可(ke)對其中一(yī)♊個電🔴極進(jìn)🔱行研究。對(dui)于電極A，假(jia)設單電極(ji)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(da)之前一般(bān)很小，取值(zhi)在幾毫伏(fu)到幾百毫(hao)伏之内，仿(pang)真中流速(sù)感應電勢(shi)取10mV。放大器(qi)的輸⛹🏻‍♀️入電(diàn)阻遠遠大(dà)于内阻，文(wen)獻［8］中給出(chu)電荷傳遞(dì)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(rù)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(shi)際中兩者(zhě)會存🥵在差(cha)異對于電(diàn)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(jí)信号仿真(zhēn)
3.1仿真模型(xing)
　　基于Matlab中Siumlink對(duì)電極信号(hào)進行仿真(zhen)，勵磁方式(shì)爲三值波(bo)🐅勵磁，勵🔞磁(ci)頻率f＝25Hz，傳感(gǎn)器參數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵(li)磁系統參(cān)數Ue＝100V、穩态電(diàn)流I0＝200mA。
　　基于電(diàn)極測量回(huí)路搭建的(de)仿真模型(xing)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(dào)勵磁電流(liú)。由公式（1），在(zài)固定流速(sù)下感應🔞電(dian)勢與勵磁(ci)電流成正(zheng)比，通過增(zeng)加Gain1模塊得(de)到感應電(dian)勢信号。對(dui)勵磁電流(liú)進✉️行求導(dao)即經模塊(kuai)Derivative得到微分(fen)噪聲，其中(zhong)Gain值與Lx和L1相(xiang)關💁。感應電(dian)勢與噪聲(sheng)經Add1疊加之(zhī)後得到電(diàn)極信号E1（t）。scope觀(guan)察🐪輸出信(xin)号波形。
　　仿(páng)真波形和(he)真實波形(xing)如圖3所示(shì)。将傳感器(qi)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(dian)流上升⛹🏻‍♀️時(shí)間爲360μs，測得(dé)實際上升(sheng)時間爲390μs，兩(liang)者相差不(bu)大，驗證了(le)仿真模型(xing)的正确性(xing)。


3.2仿真(zhēn)實驗
　　仿真(zhen)試驗中，設(shè)定線圈等(děng)效電感取(qǔ)值範圍爲(wei)162～212mH，間隔10mH；閉合(hé)回路等效(xiao)電感範圍(wei)0.2～1mH，間隔爲0.2mH；雙(shuāng)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(dà)接觸電阻(zǔ)和雙電層(céng)電容減小(xiao)而電荷傳(chuán)遞電阻增(zeng)大。可設定(ding)電極接觸(chu)電阻☎️、雙電(dian)層電🛀容和(hé)電荷傳遞(dì)電阻🔱範圍(wéi)分别爲5～15kΩ、10～20μF和(he)50～60Ω，由公式（7）知(zhī)，可用T2表示(shì)上述三者(zhě)關系。仿真(zhen)參數取值(zhí)不同情況(kuang)下，通過MATLAB工(gong)具箱對仿(pang)🚶‍♀️真測量得(dé)到的幹擾(rǎo)峰❤️值進行(hang)曲線拟合(he)畫出相應(yīng)的曲線圖(tú)。其中仿真(zhen)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(rú)圖4～圖6。

3.3仿真(zhen)結果分析(xi)
　　圖4爲改變(bian)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(dang)線圈等效(xiào)電感取值(zhí)不同時，幹(gan)擾峰值存(cun)㊙️在變化，電(diàn)感越大線(xiàn)圈中電流(liú)上升（下降(jiàng)）時間越長(zhǎng)，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(biàn)交變磁力(li)線穿過測(cè)量回路等(deng)效面積時(shí)測得的幹(gan)擾結果，随(sui)㊙️着值增大(da)幹擾💞呈逐(zhú)漸增大的(de)趨勢。因此(cǐ)要避✂️免電(diàn)極✨走線偏(pian)🌐離，盡量保(bao)持回路與(yǔ)磁力線平(píng)行以💔減小(xiao)幹擾。

　　圖6爲電極(jí)等效阻抗(kang)值變化時(shi)測得的幹(gàn)擾結果，當(dang)溶液電導(dǎo)率改變時(shí)電極等效(xiào)阻抗值變(bian)化，同樣會(huì)⚽對微分噪(zao)聲産生較(jiao)大影響。電(dian)導率越大(dà)幹擾峰值(zhí)越小。

4結束語
　　運(yun)用MATLAB仿真軟(ruǎn)件對電磁(cí)流量計電(dian)極信号進(jìn)行建模仿(páng)真，通過該(gāi)模型分析(xi)勵磁線圈(quan)等效電感(gǎn)、閉合回路(lù)和電極等(děng)效阻抗取(qu)值變化情(qíng)況下微分(fèn)幹擾變化(hua)，得到🔞影響(xiang)微分幹擾(rǎo)⛷️原因。

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