摘要(yao)：傳統(tong)電磁(ci)流量(liang)計 在(zai)消除(chu)微分(fen)幹擾(rao)時大(da)多數(shu)采用(yong)在硬(ying)件電(dian)路.上(shang)消🤩除(chu)或者(zhe)避開(kai)❄️微分(fen)幹擾(rao)時段(duan)進行(hang)采樣(yang)，很少(shao)研究(jiu)影響(xiang)幹擾(rao)的原(yuan)因✏️。基(ji)于✨真(zhen)實🐕電(dian)極情(qing)況，建(jian)立電(dian)極回(hui)路測(ce)量模(mo)型并(bing)基💚于(yu)模型(xing)進行(hang)電極(ji)信号(hao)仿真(zhen)，研究(jiu)了傳(chuan)感器(qi)參數(shu)和電(dian)極參(can)數變(bian)化🚶對(dui)微分(fen)幹擾(rao)的影(ying)響。結(jie)果表(biao)明，當(dang)參數(shu)取值(zhi)不同(tong)時尖(jian)峰幹(gan)⭐擾也(ye)不相(xiang)同🌈，從(cong)而爲(wei)研究(jiu)和消(xiao)除幹(gan)擾減(jian)小測(ce)量誤(wu)差提(ti)供🔴理(li)論依(yi)據。
引(yin)言
　　電(dian)磁流(liu)量計(ji)是基(ji)于法(fa)拉第(di)電磁(ci)感應(ying)定律(lü)的流(liu)量✊儀(yi)表，主(zhu)要由(you)傳感(gan)器和(he)變送(song)器組(zu)成，傳(chuan)感器(qi)将待(dai)測流(liu)體轉(zhuan)換成(cheng)電信(xin)号,變(bian)送👈器(qi)對電(dian)信号(hao)進行(hang)一系(xi)列🛀🏻的(de)處理(li)轉換(huan)成💯實(shi)際對(dui)應的(de)流量(liang)。理想(xiang)情況(kuang)下電(dian)極上(shang)感應(ying)出🔅的(de)電勢(shi)與☁️流(liu)體流(liu)速成(cheng)正比(bi)，但在(zai)實際(ji)中電(dian)極信(xin)号摻(chan)雜許(xu)多幹(gan)擾信(xin)号，主(zhu)要的(de)幹擾(rao)爲微(wei)分幹(gan)擾、同(tong)向幹(gan)擾、工(gong)頻幹(gan)擾、共(gong)模🚶幹(gan)擾、串(chuan)模幹(gan)擾、漿(jiang)液幹(gan)擾和(he)極化(hua)幹擾(rao)等。爲(wei)确保(bao)流量(liang)計🔅測(ce)量準(zhun)确性(xing)須對(dui)幹擾(rao)進行(hang)抑制(zhi)，如采(cai)用交(jiao)流勵(li)磁克(ke)服極(ji)化幹(gan)擾、高(gao)共模(mo)抑制(zhi)比差(cha)分放(fang)大器(qi)克💰服(fu)共模(mo)幹擾(rao)、勵磁(ci)頻率(lü)爲工(gong)頻整(zheng)數倍(bei)🐕克服(fu)工頻(pin)幹擾(rao)、良好(hao)接地(di)技術(shu)和靜(jing)電屏(ping)蔽克(ke)服串(chuan)模幹(gan)擾、漿(jiang)🙇‍♀️液噪(zao)聲符(fu)合1/f特(te)性可(ke)通過(guo)提高(gao)勵磁(ci)頻率(lü)加以(yi)克服(fu)。經上(shang)述信(xin)号處(chu)理方(fang)法之(zhi)後電(dian)極上(shang)主要(yao)的幹(gan)擾爲(wei)微分(fen)幹擾(rao)。當采(cai)用交(jiao)流勵(li)磁時(shi)，由于(yu)存在(zai)勵磁(ci)線圈(quan)等效(xiao)電♍感(gan)，勵磁(ci)切換(huan)🌐過✍️程(cheng)中勵(li)磁電(dian)流存(cun)在漸(jian)變過(guo)程，在(zai)這一(yi)過程(cheng)中磁(ci)感應(ying)強度(du)處于(yu)非穩(wen)定狀(zhuang)态，變(bian)化的(de)磁場(chang)穿🌈過(guo)由被(bei)測流(liu)體、測(ce)量電(dian)極、電(dian)極引(yin)出線(xian)和變(bian)送器(qi)共同(tong)組成(cheng)的閉(bi)合回(hui)路，實(shi)際中(zhong)該回(hui)路不(bu)可能(neng)與㊙️磁(ci)力線(xian)保🔴持(chi)平行(hang)，此時(shi)勵磁(ci)線圈(quan)相當(dang)于變(bian)壓器(qi)的初(chu)級線(xian)圈，閉(bi)合回(hui)路等(deng)價于(yu)隻有(you)一匝(za)的次(ci)級線(xian)圈😄且(qie)回路(lu)大小(xiao)可⭐等(deng)效爲(wei)回路(lu)電感(gan)。根據(ju)“變壓(ya)器效(xiao)應”會(hui)産生(sheng)一個(ge)尖峰(feng)即微(wei)分幹(gan)擾疊(die)加在(zai)電極(ji)上，影(ying)響流(liu)量的(de)測量(liang)。
數據(ju)采集(ji)分析(xi)
1.1現場(chang)實驗(yan)
　　針對(dui)電磁(ci)流量(liang)計測(ce)量水(shui)煤漿(jiang)時出(chu)現較(jiao)大波(bo)動，甚(shen)至回(hui)零這(zhe)一問(wen)題，特(te)去某(mou)煤化(hua)工企(qi)業進(jin)行現(xian)場數(shu)據采(cai)集。該(gai)🆚公司(si)❤️所使(shi)用的(de)對置(zhi)式四(si)噴嘴(zui)氣化(hua)爐有(you)4個噴(pen)嘴，噴(pen)嘴管(guan)道口(kou)徑爲(wei)125mm,管中(zhong)水煤(mei)漿流(liu)量基(ji)本穩(wen)定在(zai)19m2/h(流速(su)😍約爲(wei)0.48m/s)。每條(tiao)噴嘴(zui)煤漿(jiang)線_上(shang)安裝(zhuang)了3台(tai)電磁(ci)㊙️流量(liang)計，每(mei)台電(dian)磁流(liu)量計(ji)🍓由傳(chuan)感器(qi)和變(bian)送器(qi)兩部(bu)分組(zu)成。選(xuan)擇其(qi)☀️中1條(tiao)水煤(mei)漿管(guan)線上(shang)的1台(tai)電磁(ci)流量(liang)🚶‍♀️計進(jin)行數(shu)據采(cai)集，因(yin)爲該(gai)📞台電(dian)磁流(liu)量計(ji)測量(liang)結果(guo)波動(dong)大，甚(shen)至出(chu)現回(hui)🐕零的(de)現象(xiang)。将課(ke)題組(zu)研制(zhi)的基(ji)于DSP的(de)電磁(ci)流量(liang)變送(song)器的(de)信号(hao)線和(he)勵磁(ci)線接(jie)到該(gai)電磁(ci)流量(liang)傳感(gan)器的(de)電極(ji)和勵(li)磁線(xian)圈上(shang),組合(he)成完(wan)🔞整的(de)電磁(ci)流量(liang)計,進(jin)行水(shui)♊煤漿(jiang)數據(ju)采集(ji)。使用(yong)的電(dian)磁流(liu)量變(bian)送器(qi)是以(yi)TI公司(si)DSP芯片(pian)TMS320F28335爲核(he)心，采(cai)用高(gao)頻勵(li)磁方(fang)案，其(qi)硬件(jian)主要(yao)包括(kuo)勵磁(ci)控制(zhi)系統(tong)和信(xin)号采(cai)集處(chu)理系(xi)統，具(ju)體的(de)👅模塊(kuai)有勵(li)磁驅(qu)✔️動模(mo)塊、信(xin)号調(diao)理采(cai)集模(mo)塊、信(xin)号處(chu)理控(kong)制模(mo)塊、人(ren)機⭐接(jie)口模(mo)塊、通(tong)信模(mo)塊及(ji)電源(yuan)管理(li)模塊(kuai)。信号(hao)調理(li)采集(ji)⭕模塊(kuai)中的(de)調理(li)電路(lu)對一(yi)次儀(yi)表輸(shu)出的(de)信号(hao)進行(hang)放大(da)和濾(lü)波，截(jie)止頻(pin)率是(shi)2kHz,放大(da)倍數(shu)約爲(wei)230倍。通(tong)過NI公(gong)司USB-6216型(xing)号的(de)數據(ju)采集(ji)卡進(jin)行數(shu)據采(cai)集㊙️，把(ba)調理(li)電路(lu)的輸(shu)出🤞端(duan)🔞連接(jie)到數(shu)據采(cai)集卡(ka)☁️的一(yi)個差(cha)分輸(shu)人端(duan)，并設(she)☎️置數(shu)🈲據采(cai)集卡(ka)工作(zuo)在差(cha)分的(de)測量(liang)模式(shi)，設置(zhi)采集(ji)卡的(de)采樣(yang)頻率(lü)爲10kHz.采(cai)集多(duo)組水(shui)煤漿(jiang)信号(hao)數據(ju)，每組(zu)數據(ju)🍉的時(shi)💜間長(zhang)度爲(wei)5min.
1.2數據(ju)分析(xi)
　　現場(chang)采集(ji)了25Hz方(fang)波勵(li)磁下(xia)的水(shui)煤漿(jiang)信号(hao)，發現(xian)水煤(mei)漿信(xin)号的(de)幅值(zhi)非常(chang)大，甚(shen)至接(jie)近AD的(de)量程(cheng)上限(xian)。水煤(mei)漿信(xin)👣号主(zhu)要由(you)📞感應(ying)電動(dong)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻勢信(xin)号和(he)電極(ji)噪聲(sheng)組成(cheng)。其中(zhong)，感應(ying)電動(dong)勢信(xin)号是(shi)由導(dao)電液(ye)體切(qie)割磁(ci)場産(chan)🚩生的(de)，其幅(fu)值和(he)相同(tong)流量(liang)下介(jie)質爲(wei)水的(de)感應(ying)電動(dong)💘勢幅(fu)值相(xiang)同🌍，僅(jin)約爲(wei)數十(shi)毫伏(fu)。這是(shi)因爲(wei)電磁(ci)流量(liang)🔴計不(bu)受被(bei)測✌️導(dao)電介(jie)質的(de)溫度(du)、黏度(du)、密度(du)以及(ji)導電(dian)率的(de)影響(xiang)☀️，隻要(yao)經過(guo)水标(biao)🈲定後(hou)，就可(ke)🧡以用(yong)來測(ce)量其(qi)他⁉️導(dao)電液(ye)體的(de)流量(liang)。電極(ji)噪聲(sheng)是水(shui)煤漿(jiang)中的(de)固體(ti)顆粒(li)劃過(guo)電極(ji)而引(yin)起的(de)信号(hao)跳變(bian)，也稱(cheng)爲漿(jiang)液噪(zao)🔴聲，具(ju)有強(qiang)非平(ping)穩🤟性(xing)、随機(ji)性，頻(pin)域具(ju)有近(jin)似1/f的(de)特性(xing)☁️。水煤(mei)漿信(xin)号中(zhong)的漿(jiang)液噪(zao)聲幅(fu)值非(fei)常大(da)，峰值(zhi)可達(da)數伏(fu)，遠遠(yuan)高于(yu)與流(liu)量相(xiang)關的(de)感應(ying)電動(dong)勢信(xin)号。這(zhe)給流(liu)量信(xin)❗号的(de)提取(qu)造成(cheng)了極(ji)大的(de)困🔱難(nan)”。
2基于(yu)MATLAB的電(dian)極信(xin)号仿(pang)真
2.1仿(pang)真模(mo)型
　　基(ji)于Matlab中(zhong)Siumlink對電(dian)極信(xin)号進(jin)行仿(pang)真，勵(li)磁方(fang)式爲(wei)三值(zhi)波👉勵(li)磁，勵(li)磁頻(pin)率f=25Hz,傳(chuan)感器(qi)參數(shu)D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁(ci)系統(tong)參數(shu)Ue=100V、穩态(tai)電流(liu)I0=200mA。由☁️公(gong)式(1)，在(zai)固定(ding)流速(su)下☂️感(gan)應電(dian)勢與(yu)勵磁(ci)電流(liu)成正(zheng)比，通(tong)過增(zeng)加Gain1模(mo)塊得(de)到感(gan)應電(dian)勢信(xin)号。對(dui)勵磁(ci)流進(jin)行求(qiu)導即(ji)經模(mo)塊Derivative得(de)到微(wei)分噪(zao)聲，其(qi)中Gain值(zhi)與Lx和(he)L1相關(guan)。感應(ying)電勢(shi)與噪(zao)聲經(jing)Add1疊加(jia)之後(hou)得到(dao)電極(ji)信号(hao)E1(t)。scope觀察(cha)輸出(chu)信号(hao)波形(xing)。将傳(chuan)感器(qi)參數(shu)代人(ren)到勵(li)磁電(dian)流穩(wen)态調(diao)節時(shi)間公(gong)式中(zhong)，得電(dian)流上(shang)升🌍時(shi)間爲(wei)360μs，測得(de)實際(ji)上升(sheng)時間(jian)爲390μs，兩(liang)者相(xiang)差不(bu)大，驗(yan)證了(le)仿真(zhen)模型(xing)的正(zheng)确性(xing)。
2.2仿真(zhen)實驗(yan)
　　仿真(zhen)試驗(yan)中，設(she)定線(xian)圈等(deng)效電(dian)感取(qu)值範(fan)圍爲(wei)162~212mH，間隔(ge)10mH;閉合(he)⛷️回路(lu)等效(xiao)電感(gan)範圍(wei)0.2~1mH,間隔(ge)爲0.2mH;雙(shuang)電層(ceng)電容(rong)、接觸(chu)電阻(zu)🔴随流(liu)體電(dian)導率(lü)變化(hua)而變(bian)化，電(dian)導率(lü)增大(da)接觸(chu)電阻(zu)和🧑🏽‍🤝‍🧑🏻雙(shuang)電層(ceng)電容(rong)減小(xiao)而電(dian)荷傳(chuan)遞電(dian)阻增(zeng)大。可(ke)設定(ding)電極(ji)接觸(chu)電阻(zu)、雙電(dian)層電(dian)容和(he)電荷(he)傳遞(di)電阻(zu)範圍(wei)分别(bie)爲5~15kM、10~20μF和(he)50~60Ω，由公(gong)式(7)知(zhi)，可用(yong)T2表示(shi).上❤️述(shu)三者(zhe)關系(xi)。仿真(zhen)參數(shu)取⛷️值(zhi)☔不同(tong)情況(kuang)下，通(tong)過MATLABI具(ju)箱對(dui)仿真(zhen)👣測量(liang)得到(dao)的幹(gan)擾峰(feng)值進(jin)行曲(qu)👉線拟(ni)合畫(hua)出相(xiang)應的(de)曲線(xian)圖✊吧(ba)。
3結束(shu)語
　　主(zhu)要針(zhen)對電(dian)磁流(liu)量計(ji)的50Hz工(gong)頻幹(gan)擾，提(ti)出采(cai)用巴(ba)特沃(wo)斯帶(dai)阻濾(lü)波的(de)信号(hao)處理(li)方法(fa)，運用(yong)MATLAB實現(xian)巴特(te)沃斯(si)帶阻(zu)濾波(bo)器的(de)設計(ji)。通過(guo)MATLAB仿真(zhen)，驗證(zheng)了本(ben)濾波(bo)方法(fa)的可(ke)😘行性(xing)，将50Hz工(gong)頻幹(gan)🐉擾有(you)效地(di)濾除(chu)，研制(zhi)出基(ji)于MSP430的(de)低頻(pin)矩形(xing)波勵(li)磁的(de)轉換(huan)器，并(bing)設計(ji)了軟(ruan)件系(xi)統，可(ke)以實(shi)時處(chu)理信(xin)号。爲(wei)了驗(yan)證濾(lü)波算(suan)法的(de)可行(hang)性🌈，并(bing)測試(shi)電磁(ci)流量(liang)計的(de)測量(liang)精👄度(du)，采用(yong)标準(zhun)表标(biao)定⭐法(fa)進行(hang)了水(shui)流量(liang)标定(ding)實驗(yan)。

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