摘要(yào):渦街流量(liang)計 測量阻(zu)流體時物(wu)理信号動(dong)态範圍大(dà)，尤其在測(ce)量弱信号(hào)時易受噪(zào)聲影響，因(yīn)此其前置(zhì)放大電路(lu)性能必須(xu)充分考慮(lǜ)電路本底(dǐ)噪聲因素(su)。分析了φ50型(xíng)号氣體渦(wō)街流量計(jì)前置放大(dà)電路的系(xi)統噪聲組(zu)成，對電路(lu)噪聲進行(háng)分析、計算(suan)，得出理論(lùn)上的電路(lu)本底等效(xiào)噪聲😘值爲(wei)4.59μV。利用Multisim14.0作㊙️爲(wei)仿真環境(jing)進行測試(shì)驗證，表明(míng)利用此電(dian)路可檢測(ce)10μV以⛷️上的信(xin)号。提出的(de)電路設計(ji)爲🆚實際電(dian)📱路優化提(tí)供了理論(lùn)參考依據(ju)。
引言.
　　渦街(jiē)流量計在(zai)計量領域(yu)具有廣泛(fan)的應用場(chǎng)景。目🥰前，若(ruo)要利用渦(wo)街流量計(jì)實現精密(mì)測量，還需(xū)要處❗理本(běn)🧡底噪聲問(wèn)題，因爲它(ta)是影響測(ce)量精度的(de)最主📧要因(yīn)素。
　　本文針(zhēn)對上述問(wen)題，首先基(ji)于中50型号(hao)氣體渦街(jie)流👈量計的(de)前置放大(dà)電路進行(hang)分析，将複(fu)雜的電路(lu)等效成🌏簡(jiǎn)化電路;接(jie)着在特📱定(dìng)渦街流量(liang)計前置放(fang)大電路的(de)基礎上，對(dui)前置放大(dà)器進行噪(zào)聲量化計(ji)算;最後基(jī)于噪聲影(yǐng)響🐉情況，進(jin)行精度測(cè)量模拟仿(páng)真🏃實驗，證(zhèng)實理論計(ji)算結果的(de)可靠性。結(jié)果顯示:噪(zao)聲測量、算(suàn)法和精♈度(dù)測試，能夠(gòu)爲實際電(diàn)路測量中(zhong)渦街流量(liàng)計的性能(néng)改善提♌供(gong)理論參考(kǎo)。
1渦街流量(liang)計計量原(yuan)理
　　渦街流(liu)量計的原(yuán)理是在氣(qi)體或液體(tǐ)等流體中(zhong)安💋置阻流(liú)體🔱，流體在(zài)經過阻流(liú)體時會交(jiao)替産生兩(liǎng)串🥵規則的(de)旋渦(這☔種(zhong)旋渦稱爲(wèi)“卡門渦街(jiē)”)，旋渦頻率(lü)被🔴壓力傳(chuán)感器檢測(ce)到後，利用(yòng)流量Q與頻(pin)率f的關系(xì)式測量流(liu)體的流量(liàng)，即
Q=f/K
　　其中，K是(shì)流量計的(de)流量系數(shu)，可看作固(gu)定常數。
2前(qián)置放大電(diàn)路噪聲分(fen)析
　　本文選(xuan)取了最典(dian)型的中50型(xing)号氣體渦(wo)街流量計(jì)的前置放(fang)大電路作(zuò)爲特定樣(yang)本對噪聲(sheng)進行分析(xī)。系統噪聲(shēng)包👈括電路(lù)内💰部産生(shēng)的噪聲(也(yě)稱固有噪(zao)聲❓)，也包括(kuo)電路外部(bù)的幹擾噪(zào)聲。前置放(fàng)大器的固(gù)有噪聲主(zhǔ)要🚶包括電(dian)阻熱噪聲(sheng)、集成運算(suan)放大器自(zì)身🚶‍♀️的等效(xiao)噪聲。本章(zhāng)主要對渦(wo)街流量計(jì)🙇‍♀️系統電阻(zǔ)熱噪聲、運(yun)算放大器(qi)自身的等(deng)效噪聲進(jin)行分析，外(wài)部幹擾噪(zao)聲不在讨(tǎo)論範圍之(zhī)内。
2.1熱噪聲(sheng)原理
(1)電阻(zǔ)熱噪聲:主(zhu)要由電子(zǐ)的随機熱(rè)運動引起(qi)，産生噪聲(shēng)電壓。電阻(zǔ)兩端産生(sheng)的熱噪聲(shēng)電壓有效(xiào)值E,滿足
Q=f/K
　　其(qi)中，k一玻爾(er)茲曼常數(shù);T一電阻的(de)絕對溫度(dù);R一電阻的(de)阻值,Ω;B一信(xin)号帶寬。
注(zhù):在室溫下(xià)(17或290K)，4kT≈1.6x12-15V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻容并(bìng)聯的熱噪(zào)聲:爲了限(xian)制頻帶寬(kuān)度，有時要(yao)在電阻兩(liang)端連接電(diàn)容。在阻容(róng)并聯的情(qing)況，電路中(zhong)開路的熱(re)噪聲有效(xiao)值E10爲
 
　　其中(zhong)，C-并聯電容(rong)。
　　可以證明(míng)，無源元件(jiàn)的任意連(lián)接所産生(shēng)的熱.噪聲(sheng)🙇‍♀️等同于💋等(deng)效網絡阻(zu)抗的實部(bù)電阻所産(chan)生的熱噪(zào)🏃🏻聲。
2.2運算放(fàng)大器自身(shēn)等效噪聲(sheng)分析
　　運算(suan)放大器的(de)噪聲模型(xing)也可以用(yòng)等效噪聲(sheng)模型🤞替代(dai)。圖🌂1所示爲(wei)含噪放大(da)器的電路(lù)圖，圖2爲噪(zao)聲等🧑🏾‍🤝‍🧑🏼效電(dian)路。其中，es是(shì)被測信号(hào)電壓，Rs是信(xin)号源的輸(shū)出電阻，e1是(shi)電阻熱噪(zào)⭕聲等效的(de)噪聲電壓(ya)源，en和in分别(bié)是放大器(qì)自身的等(deng)效噪⛹🏻‍♀️聲電(diàn)壓源和電(dian)流源⛷️。
　　設et,en和(he)in互不相關(guan)，噪聲電流(liu)源可以轉(zhuan)化爲電壓(ya)源inRs，其有效(xiào)💋值的平方(fang)表示爲
 
3前(qián)置放大電(dian)路噪聲計(ji)算分析
　　因(yin)不同電路(lù)的需求不(bu)同，設計一(yī)個電路往(wǎng)往也需要(yào)具有一些(xiē)其他功能(neng)，例如去除(chú)直流偏置(zhì)、抑制共模(mó)信🧑🏾‍🤝‍🧑🏼号等👣。本(běn)章對該電(dian)路進行合(hé)理的簡化(huà)，以更方便(biàn)地計算噪(zào)聲，并對噪(zào)聲進行等(děng)效分析與(yu)計算。
 
3.1前置(zhì)放大器電(diàn)路分析
　　渦(wo)街流量計(ji)前置放大(da)電路如圖(tu)3所示。在該(gāi)電路設計(ji)中，采用🆚了(le)SGM8532芯片，利用(yòng)電路的對(dui)稱性和負(fù)反饋作用(yòng)，有效地📞穩(wěn)定靜态🌈工(gōng)作點，以放(fàng)大差模信(xin)号，抑制共(gòng)模信号。在(zài)J2，R,1和R2的電路(lù)中，交流信(xin)号可以順(shun)利通過①、②，而(ér)直流信号(hào)因受到C3、C4的(de)影響隻能(néng)走J1,R1和R2的環(huan)路,使得兩(liang)條通路的(de)直流信号(hào)電☂️位相同(tóng)，去除了直(zhí)流偏置。在(zài)對稱環路(lù)♋中，爲了計(jì)算方便，我(wǒ)們将③等效(xiào)成地。
　　簡化(hua)後的電路(lu)圖和等效(xiào)噪聲電路(lu)圖分别如(ru)圖4和⁉️圖5所(suo)示❓。
 
3.2噪聲估(gū)算
　　由式(2)可(kě)知R3和R4串聯(lian)所産生的(de)熱噪聲爲(wèi)Et=2.65×10-7V;
　　由式(3)可知(zhī)阻容并聯(lián)所産生的(de)熱噪聲爲(wei)
E10=4.47×10-6V。
　　圖6所示爲(wei)SGM8532芯片手冊(ce)的部分片(pian)段，由
　　圖6及(jí)式(5)可得En=1-04×10-6V。
　　由(yóu)公式(4)可知(zhi)，該電路輸(shu)出的噪聲(sheng)有效值爲(wèi)
 
　　因此，理論(lùn)上該電路(lu)可以檢測(cè)大于10μV(大于(yú)噪聲6dB以_上(shàng))的微弱信(xin)号。
4仿真結(jie)果驗證
　　本(ben)章利用Multisim14.0作(zuo)爲仿真環(huán)境，其自帶(dài)的噪聲源(yuán)可以使仿(páng)🌐真結果更(gèng)加正确。放(fang)大器爲理(lǐ)想放大器(qi)，V爲該放大(da)器💞等效噪(zào)聲源，确保(bǎo)噪📐聲的正(zhèng)确率。
　　電路(lù)仿真結果(guo)如圖7所示(shi)。由仿真結(jié)果可以看(kàn)出，在總的(de)噪聲中，V(p-p)大(da)概爲2~8μV,與實(shí)際.結果相(xiang)差不大，在(zài)同一量級(jí)。實際噪聲(shēng)稍微小，可(ke)能是輸出(chu)頻率比理(lǐ)論值略小(xiǎo)導緻的。
5結(jie)束語
　　本文(wen)首先簡要(yào)介紹了渦(wō)街流量計(ji)原理及構(gou).成，然後🈲着(zhe)重分析了(le)渦街流量(liàng)計前置放(fàng)大電路的(de)各種噪聲(shēng)及公式，并(bing)以典⚽型的(de)φ50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，在建(jiàn)立噪聲模(mo)型的基礎(chǔ).上，簡單、有(you)效地計算(suan)得到了渦(wo)街流量計(jì)前置放大(dà)電路的😘噪(zao)聲。通過對(dui)🈲電路進行(háng)仿真驗證(zheng)，佐證了理(lǐ)論計算的(de)有效性。該(gai)電路可以(yi).測量大于(yu)10μV的渦街信(xin)号，爲後續(xù)實✉️測及電(dian)路優化提(ti)㊙️供理論參(cān)考依🌂據。

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