摘(zhai)要：傳統(tong)電磁流(liú)量計 在(zai)消除微(wei)分幹擾(rǎo)時大多(duo)數采用(yong)在硬件(jiàn)電路.上(shang)消除或(huo)者避🤟開(kāi)微分幹(gan)擾時段(duan)進行采(cai)樣，很少(shǎo)研究影(yǐng)🆚響幹擾(rǎo)的原因(yin)。基于真(zhēn)實電極(ji)情況，建(jiàn)立電極(jí)回路測(ce)量模型(xing)并基于(yú)模型進(jìn)行電極(jí)信号仿(páng)真，研究(jiu)了傳感(gan)器參數(shu)和電極(ji)參數變(bian)化對微(wēi)分幹擾(rao)的影響(xiǎng)。結果表(biǎo)明，當參(can)數取值(zhi)不同時(shí)尖峰幹(gàn)💃🏻擾也不(bu)相同，從(cong)而爲研(yan)究和消(xiāo)除幹擾(rǎo)減小💯測(cè)量誤差(cha)提供理(lǐ)論依據(ju)。
引言
　　電(diàn)磁流量(liàng)計是基(jī)于法拉(lā)第電磁(cí)感應定(ding)律的流(liu)量儀表(biǎo)，主🤩要☎️由(you)📞傳感器(qi)和變送(sòng)器組成(cheng)，傳感器(qì)将待測(ce)‼️流體轉(zhuǎn)換💘成電(dian)信号✍️,變(biàn)送器對(duì)電信号(hào)進行一(yi)系列📞的(de)處理轉(zhuan)換成🏒實(shi)際對應(ying)的流量(liang)。理想情(qing)況下電(diàn)極㊙️上感(gǎn)應出的(de)電勢與(yu)㊙️流體流(liu)速📞成正(zhèng)比，但在(zài)實際中(zhōng)電極信(xìn)号摻雜(za)許多幹(gàn)擾信号(hào)，主要的(de)幹擾爲(wèi)微分🏃🏻‍♂️幹(gàn)擾、同向(xiàng)幹擾、工(gong)頻幹擾(rǎo)、共模幹(gan)擾、串模(mó)幹擾、漿(jiang)液幹擾(rao)和極化(huà)幹擾等(děng)。爲确☂️保(bao)流量計(jì)測量準(zhǔn)确性須(xū)對幹擾(rao)進行抑(yi)制，如采(cǎi)用交流(liu)勵磁克(kè)服極化(huà)幹擾、高(gāo)共模抑(yì)制比差(cha)分放大(da)器克服(fu)共模幹(gàn)擾、勵磁(ci)頻率爲(wei)工頻整(zheng)數倍克(ke)服工頻(pin)幹擾、良(liáng)好接地(dì)技術和(he)靜電屏(píng)蔽克服(fu)串模幹(gàn)擾、漿液(yè)噪聲符(fu)合1/f特性(xìng)可通過(guò)提㊙️高勵(lì)磁頻率(lü)加以克(kè)服。經上(shang)述信号(hao)處理方(fang)法之後(hòu)電極上(shang)主要的(de)幹擾爲(wèi)微分幹(gàn)擾。當采(cǎi)用交流(liu)勵磁時(shí)，由于存(cún)在勵磁(ci)線圈等(děng)效電💰感(gǎn)，勵磁切(qiē)換過程(cheng)中勵磁(cí)電流存(cún)在漸變(biàn)過程，在(zài)這一過(guo)程中磁(cí)感🔅應強(qiang)度處于(yú)非穩定(dìng)狀态，變(bian)化的磁(ci)場穿過(guo)由被測(ce)☔流體、測(cè)量電極(ji)、電極引(yin)出線和(he)變送器(qi)共同組(zu)成的閉(bì)合回路(lù)，實際中(zhōng)該回路(lu)不可能(néng)與磁力(lì)線保持(chi)平行，此(cǐ)時勵📞磁(ci)線圈相(xiang)當于變(bian)壓器的(de)初級😄線(xiàn)圈，閉合(he)回路等(děng)價于隻(zhī)有一匝(za)的次級(ji)線圈且(qiě)回路大(dà)小可等(děng)效爲回(hui)路電感(gǎn)。根據“變(biàn)壓器效(xiào)應”會産(chǎn)生一個(gè)尖峰即(jí)微分幹(gan)擾疊加(jia)在電極(jí)上，影響(xiǎng)流量的(de)測量。
數(shu)據采集(jí)分析
1.1現(xiàn)場實驗(yàn)
　　針對電(diàn)磁流量(liàng)計測量(liàng)水煤漿(jiāng)時出現(xian)較大波(bō)動，甚至(zhì)⛱️回零這(zhe)一問題(ti)，特去某(mou)煤化工(gōng)企業進(jìn)行現場(chǎng)數據采(cǎi)集。該公(gōng)司所使(shǐ)🔆用的對(dui)置式四(sì)噴嘴氣(qì)化爐有(yǒu)4個噴嘴(zuǐ)，噴嘴管(guǎn)道口徑(jìng)爲125mm,管中(zhong)水煤漿(jiāng)流量基(ji)本穩💚定(dìng)在19m2/h(流速(su)約爲0.48m/s)。每(mei)條噴嘴(zui)煤漿👅線(xiàn)_上安裝(zhuāng)了3台電(diàn)磁流量(liang)計，每台(tái)電磁流(liu)量計由(yóu)傳感器(qi)和變送(song)器兩部(bu)分組成(cheng)。選擇其(qí)✔️中1條水(shui)煤漿管(guǎn)線上的(de)1台電磁(ci)流量計(ji)進行數(shù)據采集(jí)，因爲該(gāi)台電磁(cí)流量計(jì)測量結(jié)果波動(dong)大，甚至(zhi)出現回(hui)零的現(xian)象。将課(ke)題組❌研(yan)制的基(ji)于DSP的電(dian)磁🆚流量(liang)變送器(qi)的信号(hào)線和勵(li)磁線接(jiē)到該電(diàn)磁流量(liàng)傳感器(qì)的電極(jí)和勵磁(cí)線圈上(shàng),組合成(cheng)完整的(de)電磁流(liu)💁量計,進(jin)行水👌煤(méi)㊙️漿數據(ju)采集。使(shǐ)用的電(dian)磁流量(liang)變送器(qi)是以TI公(gong)司DSP芯片(pian)🌈TMS320F28335爲👈核心(xīn)，采用高(gao)頻勵🈲磁(cí)方案，其(qi)硬件主(zhǔ)要包括(kuo)勵磁控(kòng)制系統(tong)😄和信号(hao)采集處(chu)理系統(tǒng)，具🥰體的(de)模塊有(yǒu)勵磁驅(qū)動模塊(kuài)、信号調(diào)☔理采集(ji)模塊、信(xin)号處理(lǐ)控制模(mo)塊、人機(ji)接口模(mo)塊、通信(xìn)模塊及(ji)電源管(guan)理模塊(kuài)☔。信号調(diao)理采集(ji)模塊中(zhōng)的調理(li)電路對(duì)一次儀(yi)表輸出(chu)的信号(hào)進行放(fang)大和濾(lǜ)波，截止(zhǐ)頻率是(shi)2kHz,放大倍(bèi)數約爲(wei)230倍。通過(guo)NI公司USB-6216型(xing)🐉号的🔴數(shù)據采集(jí)卡進行(háng)數據采(cǎi)集，把調(diao)理電路(lu)的輸出(chū)端連接(jiē)到數據(ju)采集卡(kǎ)的一個(gè)差分輸(shū)⭐人端，并(bing)設置數(shù)據采集(jí)卡工😍作(zuò)在差分(fèn)的測量(liang)模式，設(she)置采集(jí)卡的采(cǎi)樣頻率(lǜ)爲10kHz.采集(ji)多組水(shuǐ)煤漿信(xìn)号數據(jù)，每組數(shu)據👣的時(shi)間長度(dù)爲5min.
1.2數據(ju)分析
　　現(xian)場采集(ji)了25Hz方波(bō)勵磁下(xia)的水煤(méi)漿信号(hào)，發現水(shui)煤漿💰信(xìn)👌号的幅(fú)值非常(cháng)大，甚至(zhi)接近AD的(de)量程上(shàng)限。水煤(méi)漿信号(hào)主要由(yóu)感應電(dian)動🙇‍♀️勢信(xìn)号和電(dian)極噪聲(shēng)組成。其(qi)中，感應(ying)電動勢(shi)信号是(shì)由導電(dian)液體切(qiē)割磁場(chang)産生的(de)，其幅值(zhi)和相同(tóng)🏃🏻流量下(xià)介質爲(wei)水的🔴感(gǎn)應電動(dong)🐆勢幅值(zhi)相同，僅(jin)約爲數(shù)十♉毫伏(fú)。這是因(yīn)爲電磁(cí)流量計(jì)不受被(bèi)測💰導電(dian)介質的(de)溫度📧、黏(nián)度、密度(dù)以及導(dǎo)電率的(de)影響✍️，隻(zhi)要經過(guò)水标定(ding)後，就可(ke)以用來(lái)測量其(qi)🐆他☁️導電(dian)液體的(de)流量。電(dian)極噪聲(sheng)是水煤(mei)漿中的(de)固體顆(ke)粒劃過(guò)電極而(ér)引起的(de)信号跳(tiào)變，也稱(chēng)爲漿液(ye)噪聲，具(ju)有強非(fei)平穩性(xing)、随機性(xìng)，頻域具(jù)有近似(sì)1/f的特性(xing)。水煤漿(jiang)信号中(zhong)的漿液(yè)噪聲幅(fú)值非常(cháng)大，峰值(zhí)可達㊙️數(shu)伏，遠遠(yuan)高于與(yǔ)流量相(xiàng)關的感(gan)應電動(dòng)勢信号(hao)。這給流(liú)量信⛷️号(hao)的提取(qǔ)造成了(le)極大的(de)困難”。
2基(jī)于MATLAB的電(diàn)極信号(hao)仿真
2.1仿(pang)真模型(xing)
　　基于Matlab中(zhōng)Siumlink對電極(ji)信号進(jìn)行仿真(zhen)，勵磁方(fang)式爲三(sān)值波勵(li)磁，勵磁(cí)😘頻⭐率f=25Hz,傳(chuan)感器參(can)數D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁(cí)系統參(can)數Ue=100V、穩态(tai)電流I0=200mA。由(yóu)公式(1)，在(zai)固定流(liu)💋速下感(gan)應電勢(shi)與勵磁(ci)電流成(chéng)正比，通(tong)過增加(jiā)Gain1模塊得(de)到感應(ying)電勢信(xìn)号。對勵(lì)磁流進(jin)行求導(dao)☂️即經模(mo)塊🌈Derivative得到(dao)微分噪(zào)聲，其中(zhōng)⛱️Gain值與Lx和(hé)L1相🈲關。感(gan)應電勢(shì)與噪聲(shēng)經Add1疊加(jiā)之後得(de)到電極(ji)信号E1(t)。scope觀(guan)察輸出(chū)信号波(bō)🌂形。将傳(chuán)感器參(cān)數代人(ren)到勵磁(ci)電流穩(wen)态調節(jiē)時間公(gōng)式中，得(de)電流上(shang)升時間(jian)爲360μs，測得(de)實際上(shàng)升時間(jian)爲390μs，兩者(zhe)相差不(bu)大，驗證(zhèng)了仿真(zhen)模型的(de)正确性(xing)。
2.2仿真實(shí)驗
　　仿真(zhēn)試驗中(zhōng)，設定線(xiàn)圈等效(xiao)電感取(qǔ)值範圍(wéi)爲162~212mH，間隔(ge)10mH;閉合回(huí)路等效(xiao)電感範(fàn)圍0.2~1mH,間隔(gé)爲0.2mH;雙電(dian)層電容(rong)、接觸電(dian)阻🐆随流(liu)體電🥵導(dǎo)率✔️變化(huà)而變化(hua)，電導率(lü)增大接(jie)觸電阻(zu)和雙電(dian)層電容(róng)減小而(ér)電荷傳(chuan)遞電阻(zu)增大。可(kě)設定電(diàn)極接觸(chù)電阻、雙(shuāng)電層電(diàn)容和電(diàn)荷傳遞(di)電阻範(fan)圍分别(bie)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由(you)公式(7)知(zhi)，可用T2表(biǎo)示.上述(shu)三者關(guān)系💁。仿真(zhen)參數取(qǔ)值不同(tóng)情況下(xià)，通過MATLABI具(jù)箱對仿(pang)真測量(liang)得到的(de)幹擾峰(fēng)值進行(háng)曲🌈線拟(nǐ)合畫出(chū)相應的(de)曲線圖(tú)🔱吧。
3結束(shu)語
　　主要(yào)針對電(dian)磁流量(liàng)計的50Hz工(gōng)頻幹擾(rao)，提出采(cai)用巴特(te)沃🥵斯⁉️帶(dai)阻濾波(bo)的信号(hào)處理方(fāng)法，運用(yong)MATLAB實現巴(ba)特沃斯(si)帶阻濾(lü)波器的(de)設計。通(tōng)過MATLAB仿真(zhen)，驗證了(le)本濾波(bō)方法的(de)可行性(xìng)，将50Hz工頻(pín)幹✨擾有(yǒu)效地濾(lü)除，研制(zhì)出基于(yu)MSP430的低頻(pin)矩形波(bo)勵磁的(de)轉換器(qi)㊙️，并設計(jì)了軟件(jiàn)系統，可(ke)以實時(shí)處理信(xin)号。爲了(le)驗證濾(lǜ)波算法(fǎ)的可行(háng)性，并測(ce)試電磁(ci)㊙️流量計(ji)的測量(liang)精度，采(cǎi)用标準(zhǔn)表标定(dìng)法進行(hang)了水流(liú)量标定(dìng)實🧡驗。

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