摘要：傳統(tǒng)電磁流量(liang)計 在消除(chu)微分幹擾(rǎo)時大多數(shu)采用在硬(ying)件電路.上(shàng)消除或者(zhě)⛹🏻‍♀️避開微分(fen)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(jian)立電極回(huí)路測量模(mó)型并基于(yu)模型⛱️進行(háng)電極信号(hào)仿真，研究(jiu)了傳感器(qi)參數和電(dian)極參數變(bian)化對微分(fèn)幹擾的影(ying)響❌。結果表(biǎo)明，當參數(shù)取值不同(tong)時尖峰幹(gàn)擾也不相(xiàng)同，從而爲(wèi)研究和消(xiāo)除幹擾減(jian)小測量誤(wu)差提供理(lǐ)論✊依據。
引(yǐn)言
　　電磁流(liú)量計是基(jī)于法拉第(di)電磁感應(yīng)定律的流(liu)量儀表，主(zhu)要由傳感(gǎn)器和變送(sòng)器組成，傳(chuán)感器将待(dai)測流體✍️轉(zhuǎn)換成電信(xin)号,變送🈲器(qi)對電信号(hào)進行一系(xi)列的處理(lǐ)🥵轉換成🌈實(shí)際對應的(de)流量。理想(xiǎng)情況下電(dian)極上感應(yīng)出的電勢(shì)與流體流(liú)速成正比(bi)，但在實際(ji)中👨‍❤️‍👨電極信(xìn)号摻❓雜許(xu)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(gong)模幹擾、串(chuan)模幹擾、漿(jiāng)液幹擾和(he)極化幹擾(rǎo)等。爲确保(bǎo)流量計測(cè)量準确性(xìng)須對㊙️幹擾(rao)進行抑制(zhì)，如采用交(jiao)流勵磁克(kè)服極化幹(gan)擾👈、高共模(mó)抑制比差(cha)分放大器(qi)克服共模(mo)幹擾、勵磁(ci)頻率爲工(gong)頻整數倍(bei)🍓克服工頻(pin)幹擾、良好(hǎo)接地技術(shù)和🥵靜電屏(píng)蔽克服串(chuàn)模幹擾、漿(jiang)液噪聲符(fu)合1/f特性可(kě)通過提🤩高(gāo)勵磁頻率(lü)加以克服(fu)。經上述信(xin)号處理方(fāng)法👈之後電(diàn)極🚩上主要(yào)的幹擾爲(wei)微分幹擾(rao)。當采用交(jiāo)流勵磁時(shí)，由于存在(zai)勵磁線圈(quān)等效電感(gǎn)，勵磁切換(huan)過程中勵(lì)磁電流存(cun)在漸變過(guò)程，在這一(yi)過程中磁(ci)感應強度(dù)處于非穩(wěn)定狀态，變(bian)化的磁場(chang)穿過由被(bèi)測流體、測(cè)量電極、電(diàn)極引出線(xian)和變送器(qi)共同組成(chéng)的閉合回(huí)路，實際中(zhong)該⛹🏻‍♀️回路不(bu)可能與⛹🏻‍♀️磁(ci)力線保持(chi)平行，此時(shí)勵磁線圈(quān)相當于變(bian)壓器的初(chū)級線圈，閉(bì)🐅合🈲回路等(děng)價于隻有(yǒu)一匝的次(ci)級線圈且(qie)回路大小(xiǎo)可🏃‍♀️等效爲(wei)回路電感(gan)。根據“變壓(yā)器😘效應”會(hui)産生💚一個(ge)尖峰即微(wei)分幹擾疊(dié)加在電極(jí)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(dui)電磁流量(liàng)計測量水(shuǐ)煤漿時出(chu)現較大波(bō)動，甚至回(hui)零這🤞一問(wen)題，特去某(mǒu)煤化工企(qi)業進行現(xian)場數據采(cǎi)㊙️集。該公司(sī)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(wei)125mm,管中🐪水煤(mei)漿流量基(ji)本穩定在(zài)19m2/h(流速約爲(wei)0.48m/s)。每條噴嘴(zuǐ)煤漿線_上(shang)安裝了3台(tai)電磁流量(liàng)計，每台電(diàn)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(méi)漿管線上(shang)的1台電磁(ci)流量計進(jìn)行數💁據采(cai)集，因爲該(gāi)台電磁流(liú)量計測量(liàng)結果波🔞動(dong)大，甚至出(chu)現回零的(de)現象。将課(kè)題組研制(zhì)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(jiē)到該㊙️電磁(ci)流量傳感(gan)器的電極(jí)和勵磁線(xiàn)圈上,組合(hé)成完整的(de)電磁流量(liàng)計,進行水(shuǐ)煤漿數據(jù)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(he)心，采用高(gao)頻勵磁方(fang)案，其✏️硬件(jiàn)主要包括(kuo)勵磁控制(zhi)系統❗和信(xìn)号采集處(chu)理系統，具(ju)體的模塊(kuai)有勵磁驅(qū)動模塊、信(xin)号調理采(cǎi)集模塊、信(xin)号處理控(kòng)制模塊、人(rén)機接口模(mó)塊、通信模(mo)塊及電源(yuan)管理模塊(kuài)。信号調理(li)采集模塊(kuai)中的調理(lǐ)電路對一(yī)次儀表輸(shū)出的信号(hao)進行放大(dà)和濾波，截(jié)止頻率是(shì)2kHz,放大♈倍數(shu)約爲230倍。通(tōng)過NI公司USB-6216型(xíng)号的數據(ju)采集卡進(jin)行數據采(cai)集，把調理(li)電路🙇‍♀️的輸(shū)出端連接(jiē)到數據采(cai)集卡的一(yī)個差分輸(shu)人端，并設(shè)置數據采(cai)集卡工作(zuò)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(cai)集多組水(shui)煤漿信号(hao)數據，每組(zu)數據的時(shí)間長度爲(wei)5min.
1.2數據分析(xī)
　　現場采集(jí)了25Hz方波勵(lì)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(jiē)近AD的量程(chéng)上限。水煤(mei)漿信号主(zhǔ)要由感應(ying)👉電動勢信(xìn)号和電極(ji)噪聲組成(cheng)。其中，感應(ying)電動勢信(xìn)号是由導(dao)㊙️電液體切(qiē)割磁場産(chǎn)生的，其幅(fu)值和相同(tong)流量下介(jiè)質爲水的(de)感應電動(dong)勢幅值相(xiang)同，僅約爲(wèi)數十毫伏(fú)。這是因爲(wèi)電磁流量(liàng)計不受被(bèi)測導電介(jie)質的溫度(dù)、黏度、密度(dù)以及😘導電(dian)👌率的影響(xiǎng)，隻要經過(guò)水标💔定後(hòu)，就可以用(yòng)來測量其(qí)他導電液(ye)體的流量(liang)💋。電極噪聲(shēng)是水煤漿(jiang)中的固體(ti)顆粒劃過(guo)電極而引(yǐn)起的信号(hào)跳變，也稱(cheng)爲漿液噪(zao)☔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(xing)🐉。水煤漿信(xin)号✔️中的漿(jiāng)液噪聲幅(fú)值非常大(da)，峰值可達(dá)數伏🈲，遠遠(yuan)高于與流(liú)量相關的(de)感應電動(dong)勢信号。這(zhe)給流量信(xin)❓号的提取(qu)造成了極(ji)大的困難(nán)”。
2基于MATLAB的電(diàn)極信号仿(pang)真
2.1仿真模(mó)型
　　基于Matlab中(zhong)Siumlink對電極信(xìn)号進行仿(páng)真，勵磁方(fāng)式爲三值(zhi)波🌍勵㊙️磁，勵(lì)磁頻率f=25Hz,傳(chuan)感器參數(shu)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(gong)式(1)，在固定(dìng)流速下☂️感(gan)應電勢與(yu)勵磁電流(liú)成正比，通(tong)過增加Gain1模(mó)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(wei)分✏️噪聲，其(qí)中❌Gain值與Lx和(he)L1相⭐關。感應(ying)電勢與噪(zào)聲經Add1疊❄️加(jiā)之後得到(dao)電極信号(hao)E1(t)。scope觀💃察輸出(chu)信号波形(xing)。将傳感器(qì)參🐉數代人(ren)到勵磁電(diàn)流穩态調(diào)節時間公(gong)式中，得電(dian)流上升💋時(shi)間爲360μs，測得(dé)實際上升(shēng)時間爲390μs，兩(liǎng)者相差不(bu)大，驗證了(le)🌈仿真模型(xing)的正确性(xing)。
2.2仿真實驗(yan)
　　仿真試驗(yan)中，設定線(xiàn)圈等效電(dian)感取值範(fàn)圍爲162~212mH，間隔(ge)10mH;閉合♻️回📱路(lu)等🛀🏻效電感(gan)範圍0.2~1mH,間隔(ge)爲0.2mH;雙電層(céng)電容、接觸(chù)電阻随流(liú)💘體電導率(lü)💁變化而變(biàn)化，電導率(lü)增大接觸(chù)🆚電阻和雙(shuang)電層電容(róng)減小而電(diàn)荷傳遞電(diàn)阻增大。可(kě)設定電極(jí)🌈接觸電阻(zǔ)、雙電層電(dian)容和電荷(he)❓傳遞電阻(zu)範圍分别(bie)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由公(gong)式(7)知，可用(yong)T2表示.上述(shù)三者關系(xi)。仿真參數(shù)取值不同(tong)情況下，通(tong)過MATLABI具箱對(dui)仿真💞測量(liang)得到的幹(gan)擾峰值🏒進(jìn)行曲線拟(nǐ)合畫出相(xiàng)應的曲線(xian)圖吧。
3結束(shù)語
　　主要針(zhēn)對電磁流(liu)量計的50Hz工(gōng)頻幹擾，提(ti)出采用巴(bā)特👉沃斯帶(dai)阻濾波的(de)信号處理(li)方法，運用(yong)MATLAB實現巴特(te)沃斯帶阻(zu)濾波器的(de)設計。通過(guo)MATLAB仿真，驗證(zhèng)了本濾波(bō)方🌈法的可(ke)行性，将50Hz工(gōng)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(lì)磁的轉換(huan)器，并設計(ji)了🔞軟件系(xì)統，可以實(shí)時處理信(xin)号。爲了驗(yan)證濾波算(suàn)法的可行(hang)性，并測試(shi)電磁流量(liàng)計的測量(liang)精♍度，采用(yong)标準表标(biao)定法進行(háng)了水流量(liàng)标定實驗(yàn)。

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