摘(zhai)要：傳(chuan)統電(dian)磁流(liu)量計(ji) 在消(xiao)除微(wei)分幹(gan)擾時(shi)大多(duo)數采(cai)用在(zai)硬件(jian)電路(lu)上消(xiao)👄除或(huo)者❤️避(bi)開微(wei)分幹(gan)擾時(shi)段進(jin)行采(cai)樣，很(hen)少研(yan)究影(ying)🌈響幹(gan)擾的(de)原因(yin)👌。基于(yu)♉真實(shi)電極(ji)情況(kuang)，建立(li)電極(ji)回路(lu)測量(liang)模型(xing)并基(ji)于模(mo)型進(jin)行電(dian)極信(xin)号仿(pang)真，研(yan)究了(le)傳感(gan)器參(can)數和(he)電極(ji)參數(shu)變化(hua)對微(wei)分幹(gan)擾的(de)影響(xiang)。結果(guo)表明(ming)，當參(can)數取(qu)值不(bu)同時(shi)尖峰(feng)幹擾(rao)也不(bu)相同(tong)，從而(er)爲研(yan)究和(he)消除(chu)幹擾(rao)減小(xiao)♊測量(liang)誤差(cha)提供(gong)理論(lun)依據(ju)。
電磁(ci)流量(liang)計是(shi)基于(yu)法拉(la)第電(dian)磁感(gan)應定(ding)律的(de)流量(liang)儀表(biao)🐪，主要(yao)由傳(chuan)感器(qi)和變(bian)送器(qi)組成(cheng)，傳感(gan)器将(jiang)待測(ce)流體(ti)轉換(huan)成電(dian)信号(hao)，變送(song)器對(dui)電信(xin)号進(jin)行一(yi)系列(lie)的處(chu)理轉(zhuan)換成(cheng)實際(ji)對應(ying)的流(liu)量。理(li)想情(qing)況下(xia)電極(ji)上感(gan)應出(chu)的電(dian)勢與(yu)流體(ti)流速(su)成正(zheng)比，但(dan)在實(shi)際中(zhong)電極(ji)信号(hao)摻雜(za)許多(duo)幹擾(rao)信号(hao)，主要(yao)的幹(gan)擾爲(wei)微分(fen)幹擾(rao)、同向(xiang)幹擾(rao)、工頻(pin)幹擾(rao)、共模(mo)幹擾(rao)、串模(mo)幹擾(rao)、漿液(ye)幹擾(rao)和極(ji)化幹(gan)擾等(deng)。爲确(que)保流(liu)量計(ji)測量(liang)準确(que)性須(xu)🔞對幹(gan)擾進(jin)行抑(yi)制，如(ru)采用(yong)交流(liu)勵磁(ci)克服(fu)極化(hua)幹擾(rao)、高共(gong)模抑(yi)制比(bi)差分(fen)放大(da)器克(ke)服共(gong)模幹(gan)擾、勵(li)磁頻(pin)🔞率爲(wei)工頻(pin)整數(shu)倍克(ke)服工(gong)頻幹(gan)擾、良(liang)好接(jie)地技(ji)術和(he)靜電(dian)屏蔽(bi)克服(fu)串模(mo)幹擾(rao)、漿液(ye)噪聲(sheng)符合(he)1／f特性(xing)可通(tong)過提(ti)👅高勵(li)磁頻(pin)率加(jia)以克(ke)服。
　　當(dang)采用(yong)交流(liu)勵磁(ci)時，由(you)于存(cun)在勵(li)磁線(xian)圈等(deng)效電(dian)感，勵(li)磁切(qie)換過(guo)程中(zhong)勵磁(ci)電流(liu)存在(zai)漸變(bian)過程(cheng)，在這(zhe)一過(guo)程中(zhong)磁感(gan)應強(qiang)度處(chu)于非(fei)穩定(ding)狀态(tai)，變化(hua)的磁(ci)場穿(chuan)過由(you)被測(ce)流體(ti)、測量(liang)電極(ji)、電🌈極(ji)引出(chu)線和(he)變送(song)器共(gong)同組(zu)成的(de)閉合(he)回路(lu)，實際(ji)中🤩該(gai)回路(lu)不可(ke)能與(yu)磁力(li)線保(bao)持平(ping)🏃‍♀️行，此(ci)時勵(li)磁線(xian)圈相(xiang)當于(yu)變壓(ya)器的(de)初🔞級(ji)線圈(quan)，閉合(he)☁️回路(lu)等價(jia)于隻(zhi)有一(yi)匝的(de)次級(ji)線圈(quan)且回(hui)路大(da)小可(ke)等效(xiao)爲回(hui)路電(dian)感。根(gen)據🍓“變(bian)壓器(qi)效應(ying)”會産(chan)生一(yi)個尖(jian)峰即(ji)微分(fen)幹擾(rao)疊加(jia)在電(dian)極上(shang)，影響(xiang)流量(liang)的測(ce)量。
1微(wei)分幹(gan)擾相(xiang)關研(yan)究
　　當(dang)前消(xiao)除微(wei)分噪(zao)聲主(zhu)要從(cong)信号(hao)處理(li)方面(mian)入手(shou)，并🌈未(wei)對影(ying)響噪(zao)聲的(de)因素(su)加以(yi)研究(jiu)。建立(li)電極(ji)測量(liang)回路(lu)等效(xiao)模型(xing)，給出(chu)仿🎯真(zhen)模🔴型(xing)搭建(jian)、參數(shu)取值(zhi)和仿(pang)真結(jie)果分(fen)析。
2電(dian)極測(ce)量回(hui)路模(mo)型建(jian)立
2.1測(ce)量回(hui)路等(deng)效模(mo)型
　　測(ce)量電(dian)極與(yu)流體(ti)介質(zhi)接觸(chu)時會(hui)發生(sheng)電化(hua)學反(fan)應［7］在(zai)電極(ji)－溶👣液(ye)界面(mian)形成(cheng)阻抗(kang)，通常(chang)由法(fa)拉第(di)阻抗(kang)與🧑🏽‍🤝‍🧑🏻雙(shuang)電層(ceng)電容(rong)并聯(lian)組成(cheng)。法拉(la)第過(guo)程分(fen)爲電(dian)荷傳(chuan)遞過(guo)程和(he)擴散(san)過程(cheng)，相應(ying)的法(fa)拉第(di)阻抗(kang)♋由電(dian)荷傳(chuan)遞電(dian)阻與(yu)擴散(san)阻抗(kang)串聯(lian)組成(cheng)。一般(ban)電磁(ci)流量(liang)計的(de)勵磁(ci)頻率(lü)大于(yu)1Hz，而擴(kuo)散阻(zu)抗發(fa)生在(zai)更低(di)頻率(lü)内，不(bu)考慮(lü)擴散(san)過程(cheng)，電極(ji)等效(xiao)阻抗(kang)爲電(dian)荷傳(chuan)遞電(dian)阻與(yu)雙電(dian)層電(dian)容并(bing)聯後(hou)再與(yu)電極(ji)接觸(chu)電阻(zu)串聯(lian)。基于(yu)電極(ji)阻抗(kang)建立(li)的電(dian)極😄等(deng)效測(ce)量回(hui)路如(ru)♌圖1所(suo)示。

　　圖(tu)中：Rs1和(he)Rs2爲電(dian)荷傳(chuan)遞電(dian)阻；C1和(he)C2爲雙(shuang)電層(ceng)電容(rong)；Rt爲兩(liang)個測(ce)量電(dian)✊極🌈間(jian)💚的接(jie)觸電(dian)阻滿(man)足Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲(wei)勵磁(ci)線圈(quan)等效(xiao)電感(gan)；L1爲閉(bi)合🧡回(hui)路等(deng)效電(dian)感；R1和(he)R2爲放(fang)大器(qi)輸入(ru)電阻(zu)；P1和P2爲(wei)由“變(bian)💋壓器(qi)效應(ying)”疊加(jia)在測(ce)量🔞電(dian)極上(shang)🏒的微(wei)分幹(gan)擾🐪；U1爲(wei)流體(ti)切割(ge)磁力(li)線産(chan)生的(de)感🐕應(ying)電勢(shi)；Ue爲勵(li)磁電(dian)壓☀️。假(jia)設磁(ci)感應(ying)強度(du)由勵(li)磁電(dian)流決(jue)定且(qie)成正(zheng)比關(guan)系🍉即(ji)B＝aI，忽略(lue)串模(mo)✌️等幹(gan)擾則(ze)電極(ji)間🧑🏾‍🤝‍🧑🏼電(dian)壓爲(wei)感應(ying)電🚩勢(shi)與微(wei)分幹(gan)擾的(de)疊加(jia)，基本(ben)方程(cheng)如下(xia)：

則微(wei)分幹(gan)擾的(de)量化(hua)表達(da)式爲(wei)：

　　式中(zhong)，Rx爲勵(li)磁線(xian)圈銅(tong)耗電(dian)阻。由(you)于在(zai)兩個(ge)測量(liang)電極(ji)上感(gan)應出(chu)的流(liu)量信(xin)号大(da)小相(xiang)等方(fang)向相(xiang)反，可(ke)對其(qi)👈中一(yi)個電(dian)✍️極進(jin)行研(yan)究。對(dui)于電(dian)極A，假(jia)設單(dan)電極(ji)回路(lu)⚽的總(zong)阻抗(kang)爲ZA，則(ze)：

2.2參數(shu)取值(zhi)
　　電極(ji)上的(de)感應(ying)電動(dong)勢在(zai)沒有(you)經過(guo)放大(da)之前(qian)一般(ban)很小(xiao)，取值(zhi)👄在👄幾(ji)毫伏(fu)到幾(ji)百毫(hao)伏之(zhi)内，仿(pang)真中(zhong)流速(su)感應(ying)電勢(shi)取10mV。放(fang)大器(qi)的輸(shu)入電(dian)阻遠(yuan)遠大(da)于内(nei)阻，文(wen)獻［8］中(zhong)給🤟出(chu)電荷(he)傳遞(di)電阻(zu)爲Rs＝50Ω。電(dian)極接(jie)觸電(dian)阻與(yu)溶液(ye)電導(dao)率有(you)🔱關一(yi)般取(qu)Rt＝15kΩ。雙電(dian)層電(dian)容C1＝20μF。将(jiang)各參(can)數值(zhi)代入(ru)到式(shi)（7）中，可(ke)得❌k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理(li)想情(qing)況兩(liang)個電(dian)極參(can)數取(qu)值相(xiang)等，實(shi)際中(zhong)兩者(zhe)會🧑🏾‍🤝‍🧑🏼存(cun)在差(cha)異對(dui)于電(dian)極B可(ke)取K1＝0.997，T1＝9.75×10－4，T2＝9.74×10－4。
3基(ji)于MATLAB的(de)電極(ji)信号(hao)仿真(zhen)
3.1仿真(zhen)模型(xing)
　　基于(yu)Matlab中Siumlink對(dui)電極(ji)信号(hao)進行(hang)仿真(zhen)，勵磁(ci)方式(shi)爲三(san)值波(bo)勵磁(ci)，勵磁(ci)👅頻率(lü)f＝25Hz，傳感(gan)器參(can)數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵(li)磁系(xi)統參(can)數Ue＝100V、穩(wen)态電(dian)流I0＝200mA。
　　基(ji)于電(dian)極測(ce)量回(hui)路搭(da)建的(de)仿真(zhen)模型(xing)如圖(tu)2所示(shi)，圖中(zhong)信⭕号(hao)📐模塊(kuai)♋pulsGenerator通過(guo)加法(fa)器、乘(cheng)法器(qi)得到(dao)勵磁(ci)電流(liu)。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)電流(liu)進📞行(hang)求導(dao)即經(jing)模塊(kuai)Derivative得到(dao)微分(fen)噪🏃🏻‍♂️聲(sheng)，其中(zhong)Gain值✔️與(yu)Lx和L1相(xiang)關。感(gan)應電(dian)勢與(yu)噪聲(sheng)經Add1疊(die)加之(zhi)後得(de)到電(dian)極信(xin)号E1（t）。scope觀(guan)察💃🏻輸(shu)出信(xin)号波(bo)👄形。
　　仿(pang)真波(bo)形和(he)真實(shi)波形(xing)如圖(tu)3所示(shi)。将傳(chuan)感器(qi)參數(shu)代入(ru)到勵(li)磁電(dian)流穩(wen)态調(diao)節時(shi)間［9］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)。


3.2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🌈5～15kΩ、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MATLAB工(gong)具箱(xiang)對仿(pang)🌈真測(ce)量得(de)到的(de)幹擾(rao)峰值(zhi)進行(hang)曲線(xian)拟合(he)畫出(chu)相應(ying)的曲(qu)線圖(tu)。其中(zhong)仿真(zhen)數據(ju)📱和相(xiang)對應(ying)的曲(qu)線方(fang)程如(ru)表1～表(biao)4所示(shi)，曲線(xian)圖如(ru)圖4～圖(tu)6。

3.3仿真(zhen)結果(guo)分析(xi)
　　圖4爲(wei)改變(bian)勵磁(ci)線圈(quan)等效(xiao)電感(gan)其它(ta)值保(bao)持不(bu)變時(shi)測得(de)的幹(gan)擾結(jie)果，可(ke)以看(kan)出，當(dang)線圈(quan)等效(xiao)電感(gan)取值(zhi)不同(tong)時，幹(gan)擾峰(feng)值存(cun)在變(bian)化，電(dian)感越(yue)大線(xian)圈中(zhong)電流(liu)🧡上升(sheng)（下降(jiang)）時間(jian)越長(zhang)，微分(fen)幹擾(rao)💔越大(da)。

　　圖5爲(wei)改變(bian)測量(liang)回路(lu)等效(xiao)電感(gan)即等(deng)價于(yu)改變(bian)交變(bian)磁📞力(li)線穿(chuan)過測(ce)量回(hui)路等(deng)效面(mian)積時(shi)測得(de)的幹(gan)擾結(jie)果，随(sui)着值(zhi)✔️增大(da)幹擾(rao)呈逐(zhu)漸增(zeng)大的(de)趨勢(shi)。因此(ci)要避(bi)免電(dian)極走(zou)線偏(pian)離，盡(jin)量保(bao)持回(hui)♻️路與(yu)磁🔴力(li)線平(ping)行以(yi)減小(xiao)幹擾(rao)。

　　圖6爲(wei)電極(ji)等效(xiao)阻抗(kang)值變(bian)化時(shi)測得(de)的幹(gan)擾結(jie)果，當(dang)溶液(ye)電導(dao)率改(gai)變時(shi)電極(ji)等效(xiao)阻抗(kang)值變(bian)化，同(tong)樣會(hui)🏒對微(wei)🌏分噪(zao)☔聲産(chan)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼生較(jiao)大影(ying)響。電(dian)導率(lü)越大(da)幹擾(rao)峰值(zhi)越小(xiao)。

4結束(shu)語
　　運(yun)用MATLAB仿(pang)真軟(ruan)件對(dui)電磁(ci)流量(liang)計電(dian)極信(xin)号進(jin)行建(jian)模仿(pang)真♈，通(tong)♉過該(gai)模型(xing)分析(xi)勵磁(ci)線圈(quan)等效(xiao)電感(gan)、閉合(he)回路(lu)和🌐電(dian)極等(deng)效阻(zu)抗取(qu)值變(bian)化情(qing)況下(xia)微分(fen)幹擾(rao)變🔴化(hua)，得到(dao)影響(xiang)微分(fen)幹擾(rao)原因(yin)。

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