摘要:渦(wō)街流量(liàng)計 測量(liàng)阻流體(ti)時物理(li)信号動(dong)态範圍(wei)大，尤其(qí)在測量(liàng)弱信号(hao)時🐆易受(shou)噪聲影(ying)響，因此(ci)其前置(zhì)放大電(dian)路性🛀🏻能(néng)必🐅須充(chong)分考👈慮(lü)電路本(běn)底噪聲(shēng)因素。分(fèn)析了φ50型(xíng)号氣體(tǐ)渦街流(liú)量計前(qián)置放大(da)電路的(de)系統噪(zao)聲組成(cheng)，對電路(lu)噪聲進(jìn)行分析(xī)、計算，得(de)出理論(lun)上的電(diàn)路本底(dǐ)等效噪(zào)聲值爲(wei)4.59μV。利用Multisim14.0作(zuò)爲仿真(zhen)環境進(jìn)行測試(shì)驗證，表(biǎo)明利用(yong)此電路(lu)可檢測(cè)10μV以上的(de)信号。提(tí)出的電(diàn)💋路設計(ji)爲實際(ji)電💃🏻路優(yōu)化提供(gong)了理論(lun)參考依(yī)據。
引言(yán).
　　渦街流(liu)量計在(zài)計量領(ling)域具有(yǒu)廣泛的(de)應用場(chang)景。目🈚前(qian)✌️，若要利(li)用渦街(jiē)流量計(ji)實現精(jing)密測量(liàng)，還需要(yao)處理本(ben)底噪聲(sheng)問題，因(yin)爲它😘是(shì)影響測(ce)量精度(dù)的最主(zhu)要因素(su)。
　　本文針(zhēn)對上述(shu)問題，首(shǒu)先基于(yú)中50型号(hào)氣體渦(wō)街流量(liàng)計的前(qián)置放大(da)電路進(jin)行分析(xī)，将複雜(zá)的電路(lu)等效成(cheng)🏒簡化電(diàn)路❄️;接着(zhe)在特定(ding)渦街流(liú)量計前(qian)置放大(da)☔電路的(de)基礎上(shàng)，對前置(zhì)放大器(qì)🔱進行噪(zào)聲量化(hua)計算;最(zui)後基于(yu)噪聲影(yǐng)響情況(kuang)，進行精(jing)度測量(liàng)模拟仿(páng)真🈲實驗(yan)，證實理(li)論計算(suàn)結果的(de)可靠性(xìng)。結果顯(xiǎn)示:噪聲(sheng)❗測量、算(suan)法和精(jing)度測試(shì)，能夠爲(wèi)🔴實際電(dian)路測量(liang)中渦街(jiē)流量計(ji)的性能(neng)改善提(ti)供理論(lùn)參💛考。
1渦(wo)街流量(liang)計計量(liang)原理
　　渦(wo)街流量(liàng)計的原(yuan)理是在(zai)氣體或(huo)液體等(deng)流體中(zhōng)安置阻(zǔ)流🌈體，流(liu)✌️體在經(jing)過阻流(liu)體時會(huì)交替産(chan)生兩串(chuàn)💚規則♊的(de)旋渦(這(zhè)種旋渦(wō)稱⭐爲“卡(kǎ)門渦街(jiē)”)，旋渦頻(pin)率被壓(ya)力傳感(gǎn)器檢測(ce)到後，利(li)用流量(liàng)Q與頻率(lǜ)f的關系(xi)式😄測量(liang)流體的(de)流量，即(ji)🎯
Q=f/K
　　其中，K是(shì)流量計(ji)的流量(liàng)系數，可(kě)看作固(gu)定常數(shu)。
2前置放(fàng)大電路(lu)噪聲分(fèn)析
　　本文(wén)選取了(le)最典型(xing)的中50型(xíng)号氣體(ti)渦街流(liú)量計的(de)前置放(fang)大電路(lu)作爲特(te)定樣本(ben)對噪聲(shēng)進行分(fèn)析。系統(tǒng)噪聲包(bao)括電路(lù)内部産(chan)生的噪(zào)聲(也稱(cheng)固有噪(zào)聲)，也包(bao)括電路(lu)外❤️部的(de)幹⛷️擾噪(zao)聲。前置(zhi)放大器(qi)的固有(you)⁉️噪聲主(zhǔ)要包括(kuo)電阻熱(re)噪聲、集(ji)成運算(suàn)放大器(qì)自身♈的(de)等效噪(zào)聲。本章(zhāng)主要對(dui)渦街流(liu)量計系(xi)統電阻(zǔ)熱噪聲(shēng)、運算放(fang)大器自(zi)身的等(deng)效噪聲(sheng)進行分(fen)析，外部(bu)幹擾噪(zao)聲✏️不在(zài)讨論範(fan)圍🏃之内(nei)。
2.1熱噪聲(shēng)原理
(1)電(diàn)阻熱噪(zao)聲:主要(yào)由電子(zǐ)的随機(jī)熱運動(dong)引起，産(chan)生噪聲(sheng)📐電壓。電(dian)阻兩端(duan)産生的(de)熱噪聲(shēng)電壓有(you)效值E,滿(man)足
Q=f/K
　　其中(zhong)，k一玻爾(ěr)茲曼常(cháng)數;T一電(dian)阻的絕(jue)對溫度(du);R一電阻(zu)的📧阻值(zhi),Ω;B一信⭐号(hào)帶寬。
注(zhù):在室溫(wen)下(17或290K)，4kT≈1.6x01-02V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻(zu)容并聯(lian)的熱噪(zào)聲:爲了(le)限制頻(pín)帶寬度(dù)，有時要(yào)在電阻(zǔ)兩端連(lián)㊙️接電容(rong)。在阻容(róng)并聯的(de)情況，電(dian)路中開(kai)⭐路的熱(re)噪聲有(you)效值E10爲(wèi)
 
　　其中，C-并(bìng)聯電容(rong)。
　　可以證(zheng)明，無源(yuan)元件的(de)任意連(lián)接所産(chan)生的熱(rè).噪聲等(děng)同于等(děng)效網絡(luo)阻抗的(de)實部電(dian)阻所産(chǎn)生的熱(re)噪聲。
2.2運(yun)算放大(dà)器自身(shen)等效噪(zào)聲分析(xī)
　　運算放(fàng)大器的(de)噪聲模(mó)型也可(kě)以用等(deng)效噪聲(shēng)模型☀️替(tì)代。圖1所(suo)示爲含(hán)噪放大(dà)器的電(dian)路圖，圖(tú)2爲噪聲(sheng)等🏒效電(diàn)路。其中(zhōng)，es是被測(cè)信号電(diàn)壓，Rs是信(xìn)号源的(de)輸出電(dian)阻，e1是電(dian)阻熱噪(zào)聲等效(xiao)的噪聲(shēng)電壓源(yuán)，en和in分别(bie)是放🍉大(da)器自身(shēn)😄的等效(xiao)噪聲電(dian)壓源✉️和(hé)電流源(yuán)。
　　設et,en和in互(hu)不相關(guān)，噪聲電(diàn)流源可(ke)以轉化(huà)爲電壓(yā)源inRs，其有(you)㊙️效值的(de)平方表(biǎo)示爲
 
3前(qián)置放大(dà)電路噪(zào)聲計算(suan)分析
　　因(yin)不同電(diàn)路的需(xu)求不同(tóng)，設計一(yi)個電路(lù)往往也(yě)需要具(ju)有一些(xiē)其他功(gōng)能，例如(rú)去除直(zhí)流偏置(zhi)、抑制共(gòng)模信号(hao)等。本章(zhang)對該電(diàn)路進行(háng)合理的(de)簡化，以(yǐ)更方便(bian)地計算(suan)噪聲🔞，并(bìng)對噪聲(sheng)進行等(deng)效分析(xī)與計算(suan)。
 
3.1前置放(fàng)大器電(dian)路分析(xī)
　　渦街流(liu)量計前(qián)置放大(da)電路如(rú)圖3所示(shì)。在該電(dian)路設計(jì)中，采用(yong)了♋SGM8532芯片(piàn)，利用電(diàn)路的對(dui)稱性和(he)負反饋(kui)作用，有(yǒu)效地穩(wen)定靜态(tài)工作點(dian)，以放大(da)差模信(xìn)号，抑制(zhì)共模信(xìn)号。在J2，R,1和(hé)R2的電路(lu)中，交流(liu)信号可(ke)以順利(li)通過①、②，而(er)直流信(xìn)号因受(shou)到C3、C4的影(ying)響隻🏃‍♂️能(neng)走J1,R1和R2的(de)🔴環路,使(shǐ)得兩條(tiao)通路的(de)❤️直流信(xin)号電位(wei)相同，去(qu)除了直(zhí)流偏置(zhi)。在對稱(chēng)環路中(zhōng)，爲了計(ji)算方便(biàn)，我們将(jiāng)③等效成(cheng)地。
　　簡化(hua)後的電(dian)路圖和(hé)等效噪(zào)聲電路(lù)圖分别(bie)如圖4和(he)圖🔴5所示(shì)。
 
3.2噪聲估(gu)算
　　由式(shì)(2)可知R3和(he)R4串聯所(suo)産生的(de)熱噪聲(sheng)爲Et=2.65×10-7V;
　　由式(shì)(3)可知阻(zǔ)容并聯(lián)所産生(shēng)的熱噪(zào)聲爲
E10=4.47×10-6V。
　　圖(tú)6所示爲(wèi)SGM8532芯片手(shou)冊的部(bu)分片段(duan)，由
　　圖6及(ji)式(5)可得(dé)En=1-04×10-6V。
　　由公式(shi)(4)可知，該(gai)電路輸(shu)出的噪(zao)聲有效(xiao)值爲
 
　　因(yin)此，理論(lun)上該電(dian)路可以(yǐ)檢測大(dà)于10μV(大于(yú)噪聲6dB以(yǐ)_上)的微(wēi)弱信号(hào)。
4仿真結(jie)果驗證(zheng)
　　本章利(li)用Multisim14.0作爲(wèi)仿真環(huan)境，其自(zi)帶的噪(zào)聲源可(ke)以使🤟仿(páng)真結果(guo)更加正(zhèng)确。放大(da)器爲理(lǐ)想放大(da)器，V爲該(gāi)放大器(qì)💁等效噪(zao)聲源，确(que)保噪聲(sheng)的正确(què)率。
　　電路(lu)仿真結(jie)果如圖(tu)7所示。由(yóu)仿真結(jie)果可以(yi)看出，在(zài)總的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻噪(zao)聲中，V(p-p)大(dà)概爲2~8μV,與(yu)實際.結(jie)果相差(cha)不大，在(zai)同一🔆量(liang)級。實際(jì)噪聲稍(shāo)微小，可(ke)能是輸(shū)出頻率(lü)比理論(lùn)值🏃🏻略小(xiao)導☀️緻的(de)。
5結束語(yu)
　　本文首(shou)先簡要(yao)介紹了(le)渦街流(liu)量計原(yuán)理及構(gòu).成，然後(hòu)着重分(fèn)析了渦(wo)街流量(liàng)計前置(zhi)放大電(diàn)路的各(ge)種噪聲(sheng)及公♉式(shi)，并以典(diǎn)型的φ50型(xing)号氣體(tǐ)渦街流(liú)量計的(de)前置放(fang)大電路(lù)作爲特(tè)定樣本(běn)，在建立(lì)噪聲模(mo)型的基(ji)礎.上，簡(jiǎn)單、有效(xiào)地計算(suan)得到了(le)渦街流(liú)量計前(qián)置放大(dà)電路的(de)噪聲。通(tong)過對電(diàn)路進行(hang)仿👨‍❤️‍👨真驗(yàn)證，佐證(zhèng)了理論(lùn)計算的(de)有效性(xing)。該電路(lù)可以.測(cè)量大于(yu)10μV的渦街(jie)信号，爲(wèi)後續實(shí)測及電(diàn)🚶‍♀️路優化(hua)提供理(li)論參考(kǎo)依據。

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