摘(zhai)要:渦街流(liu)量計 測量(liang)阻流體時(shi)物理信号(hao)動态範圍(wei)大，尤其在(zai)測量弱信(xin)号時🌈易受(shou)噪聲影響(xiang)，因此其前(qian)置放大電(dian)路性能必(bi)🏒須充分考(kao)慮電路本(ben)底噪聲因(yin)素。分析了(le)φ50型号氣體(ti)渦街流量(liang)計前置放(fang)大電路的(de)系📞統噪聲(sheng)組成，對電(dian)路噪聲進(jin)行分析、計(ji)算，得出理(li)論上的電(dian)路本底等(deng)效噪聲值(zhi)爲4.59μV。利用Multisim14.0作(zuo)㊙️爲仿真環(huan)境進行測(ce)試驗證，表(biao)明利用此(ci)電路可檢(jian)測10μV以上的(de)信号。提出(chu)🏃‍♀️的電♉路設(she)計爲實際(ji)電📧路優化(hua)提供了理(li)論參考依(yi)據。
引言.
　　渦(wo)街流量計(ji)在計量領(ling)域具有廣(guang)泛的應用(yong)場景。目前(qian)🐪，若要利用(yong)渦街流量(liang)計實現精(jing)密測量，還(hai)需要處理(li)本底噪👄聲(sheng)問💯題，因🌍爲(wei)它是影響(xiang)測量精度(du)的最主要(yao)因素💞。
　　本文(wen)針對上述(shu)問題，首先(xian)基于中50型(xing)号氣體渦(wo)街流量計(ji)的❗前置放(fang)大電路進(jin)行分析，将(jiang)複雜的電(dian)路等🔆效成(cheng)簡化電路(lu);接着♉在特(te)🐪定渦街流(liu)量計前置(zhi)放大電路(lu)的💰基礎上(shang)，對前置放(fang)大器進行(hang)噪聲量化(hua)計算;最後(hou)基于噪聲(sheng)影響情況(kuang)，進行精度(du)測量模拟(ni)仿真實驗(yan)，證實理論(lun)計算結果(guo)的可靠性(xing)。結果顯示(shi):噪聲測量(liang)、算法和精(jing)度測試，能(neng)夠爲實際(ji)電路測量(liang)中渦🔆街流(liu)量計的性(xing)能改善提(ti)❤️供理論參(can)考。
1渦街流(liu)量計計量(liang)原理
　　渦街(jie)流量計的(de)原理是在(zai)氣體或液(ye)體等流體(ti)中安置阻(zu)流體，流體(ti)在經過阻(zu)流體時會(hui)交替産生(sheng)兩串規則(ze)⛷️的旋渦(這(zhe)種旋渦稱(cheng)爲“卡門渦(wo)街”)，旋渦頻(pin)率被壓力(li)傳感器檢(jian)測到後，利(li)用流量Q與(yu)頻率f的關(guan)系式測量(liang)流體的流(liu)量，即
Q=f/K
　　其中(zhong)，K是流量計(ji)的流量系(xi)數，可看作(zuo)固定常數(shu)。
2前置放大(da)電路噪聲(sheng)分析
　　本文(wen)選取了最(zui)典型的中(zhong)50型号氣體(ti)渦街流量(liang)計的前置(zhi)放大電路(lu)作爲特定(ding)樣本對噪(zao)聲進行分(fen)析。系統噪(zao)🌈聲包括電(dian)路内部産(chan)生的噪聲(sheng)(也稱固有(you)噪聲)，也包(bao)括電路外(wai)部的幹擾(rao)噪聲。前置(zhi)放📱大器的(de)固有噪聲(sheng)主要包括(kuo)電阻熱噪(zao)聲、集成運(yun)算放大器(qi)自身的等(deng)效噪聲。本(ben)章主要對(dui)渦街流量(liang)計系統電(dian)阻熱💁噪聲(sheng)、運算放♊大(da)器自身的(de)等效噪聲(sheng)進行分析(xi)，外部幹擾(rao)噪聲不在(zai)讨🐅論範圍(wei)之内。
2.1熱噪(zao)聲原理
(1)電(dian)阻熱噪聲(sheng):主要由電(dian)子的随機(ji)熱運動引(yin)起，産生噪(zao)聲電壓。電(dian)阻兩端産(chan)生的熱噪(zao)聲電壓有(you)效值E,滿🈚足(zu)
Q=f/K
　　其中，k一玻(bo)爾茲曼常(chang)數;T一電阻(zu)的絕對溫(wen)度;R一電阻(zu)的阻值,Ω;B一(yi)信🐆号帶寬(kuan)。
注:在室溫(wen)下(17或290K)，4kT≈1.6x11-26V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻容(rong)并聯的熱(re)噪聲:爲了(le)限制頻帶(dai)寬度，有時(shi)要在電阻(zu)兩端☔連🧑🏾‍🤝‍🧑🏼接(jie)電容。在阻(zu)容并聯的(de)情況，電路(lu)中開路的(de)熱噪聲有(you)效值E10爲
 
　　其(qi)中，C-并聯電(dian)容。
　　可以證(zheng)明，無源元(yuan)件的任意(yi)連接所産(chan)生的熱.噪(zao)聲等同于(yu)等效網絡(luo)阻抗的實(shi)部電阻所(suo)産生的熱(re)噪聲。
2.2運算(suan)放大器自(zi)身等效噪(zao)聲分析
　　運(yun)算放大器(qi)的噪聲模(mo)型也可以(yi)用等效噪(zao)聲模型替(ti)代👈。圖☔1所示(shi)爲含噪放(fang)大器的電(dian)路圖，圖2爲(wei)噪聲等效(xiao)電路。其🔞中(zhong)，es是被測信(xin)号電壓，Rs是(shi)信号源的(de)輸出電阻(zu)，e1是電阻熱(re)噪聲等效(xiao)的噪聲電(dian)壓源，en和in分(fen)别是放大(da)器自身的(de)等效噪聲(sheng)電壓源🔞和(he)電流源。
　　設(she)et,en和in互不相(xiang)關，噪聲電(dian)流源可以(yi)轉化爲電(dian)壓源inRs，其有(you)效值的平(ping)方表示爲(wei)
 
3前置放大(da)電路噪聲(sheng)計算分析(xi)
　　因不同電(dian)路的需求(qiu)不同，設計(ji)一個電路(lu)往往也需(xu)要具有一(yi)些其他功(gong)能，例如去(qu)除直流偏(pian)置、抑制共(gong)模信号等(deng)。本章對該(gai)電路進行(hang)合理的簡(jian)化，以更方(fang)便地計算(suan)噪聲，并對(dui)噪聲進行(hang)❌等效分析(xi)與計算。
 
3.1前(qian)置放大器(qi)電路分析(xi)
　　渦街流量(liang)計前置放(fang)大電路如(ru)圖3所示。在(zai)該電路設(she)計🤟中，采用(yong)了SGM8532芯片，利(li)用電路的(de)對稱性和(he)負反饋作(zuo)用，有效地(di)穩定靜态(tai)工作點，以(yi)放大差模(mo)信号，抑制(zhi)共模信号(hao)。在J2，R,1和R2的電(dian)路中，交流(liu)信号可以(yi)順利通過(guo)①、②，而直流信(xin)号因受到(dao)C3、C4的影響隻(zhi)♊能走J1,R1和R2的(de)環路,使得(de)兩條通路(lu)的直流信(xin)号電位相(xiang)同，去除🐅了(le)直流偏置(zhi)。在對稱環(huan)路中，爲了(le)計算方便(bian)🔴，我們将③等(deng)效成🥰地。
　　簡(jian)化後的電(dian)路圖和等(deng)效噪聲電(dian)路圖分别(bie)如圖4和圖(tu)5所☎️示🔴。
 
3.2噪聲(sheng)估算
　　由式(shi)(2)可知R3和R4串(chuan)聯所産生(sheng)的熱噪聲(sheng)爲Et=2.65×10-7V;
　　由式(3)可(ke)知阻容并(bing)聯所産生(sheng)的熱噪聲(sheng)爲
E10=4.47×10-6V。
　　圖6所示(shi)爲SGM8532芯片手(shou)冊的部分(fen)片段，由
　　圖(tu)6及式(5)可得(de)En=1-04×10-6V。
　　由公式(4)可(ke)知，該電路(lu)輸出的噪(zao)聲有效值(zhi)爲
 
　　因此，理(li)論上該電(dian)路可以檢(jian)測大于10μV(大(da)于噪聲6dB以(yi)_上)的✌️微弱(ruo)信号❗。
4仿真(zhen)結果驗證(zheng)
　　本章利用(yong)Multisim14.0作爲仿真(zhen)環境，其自(zi)帶的噪聲(sheng)源可以使(shi)仿真結果(guo)更加正确(que)。放大器爲(wei)理想放大(da)器，V爲該放(fang)大器等效(xiao)🤞噪聲💯源，确(que)保噪聲的(de)正确率。
　　電(dian)路仿真結(jie)果如圖7所(suo)示。由仿真(zhen)結果可以(yi)看出，在✂️總(zong)的⚽噪聲中(zhong)，V(p-p)大概爲2~8μV,與(yu)實際.結果(guo)相差不大(da)，在同一量(liang)級。實際噪(zao)聲稍微小(xiao)，可能是輸(shu)出頻率比(bi)理論值💃略(lue)小導緻的(de)。
5結束語
　　本(ben)文首先簡(jian)要介紹了(le)渦街流量(liang)計原理及(ji)構.成，然後(hou)着重分析(xi)了渦街流(liu)量計前置(zhi)放大電路(lu)的各種💞噪(zao)聲及公式(shi)，并💃以典型(xing)的φ50型号氣(qi)體渦街流(liu)量計的前(qian)置放大電(dian)路🔞作爲特(te)定樣本，在(zai)建立噪聲(sheng)模型的🌂基(ji)礎.上，簡單(dan)、有效地計(ji)算得到了(le)渦街流量(liang)計前置🆚放(fang)大電路的(de)噪聲。通過(guo)對電路進(jin)行仿真驗(yan)證，佐證🚩了(le)理論計算(suan)的🈲有效性(xing)。該電路可(ke)以.測量大(da)于❗10μV的渦街(jie)信号，爲後(hou)續實測及(ji)電路優化(hua)提供理論(lun)參考依據(ju)。

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