摘要(yao)：傳統電(diàn)磁流量(liàng)計 在消(xiao)除微分(fèn)幹擾時(shi)大多數(shù)采用在(zai)硬件電(dian)路上消(xiao)除或👅者(zhe)避開微(wei)分幹擾(rǎo)時段進(jìn)行采樣(yang)，很少研(yan)究影響(xiang)幹🏃擾的(de)原因。基(jī)于真實(shí)電極情(qíng)況，建立(lì)電極回(huí)路測量(liang)模👨‍❤️‍👨型并(bing)基于模(mó)型進行(háng)電極信(xìn)号♈仿真(zhēn)，研究了(le)傳感器(qi)參數和(hé)電極參(can)數變化(huà)對微分(fèn)幹🐕擾的(de)影響。結(jie)果表明(míng)，當參數(shù)取值不(bu)同時尖(jiān)峰幹擾(rǎo)也不相(xiang)同，從而(ér)爲研究(jiu)和消除(chú)幹擾減(jian)小測量(liang)誤差提(tí)供理論(lùn)✍️依據。
電(dian)磁流量(liang)計是基(ji)于法拉(la)第電磁(cí)感應定(dìng)律的流(liu)量儀表(biǎo)，主要由(you)🍓傳感器(qi)和變送(sòng)器組成(chéng)，傳感器(qì)将待測(ce)♻️流體轉(zhuan)換❗成電(dian)信号，變(biàn)送器對(duì)電信号(hào)進行一(yī)系列🌍的(de)處理轉(zhuan)換成實(shi)際對應(ying)的流量(liàng)。理想情(qíng)況下電(diàn)極上感(gan)應出的(de)電勢與(yu)流體流(liú)速成正(zheng)比，但在(zài)實際中(zhōng)🔅電極信(xin)号摻雜(zá)許多幹(gan)擾信号(hào)，主要的(de)幹擾爲(wèi)微分🔞幹(gàn)擾、同向(xiàng)幹擾、工(gōng)頻幹擾(rǎo)、共模幹(gàn)擾、串模(mó)幹擾🏃‍♀️、漿(jiāng)液幹擾(rao)和極💃🏻化(huà)幹擾🧑🏾‍🤝‍🧑🏼等(deng)。爲确保(bǎo)流量計(ji)測量準(zhǔn)确性須(xū)對幹擾(rao)進行抑(yì)制，如🍉采(cǎi)用交流(liú)勵磁克(ke)服🏒極化(huà)幹擾、高(gāo)共模抑(yi)制比差(cha)分放大(dà)器克服(fú)共模幹(gan)擾、勵磁(cí)頻🧡率爲(wèi)工頻整(zheng)數倍克(kè)服工頻(pin)幹擾、良(liang)好接地(di)技術和(he)🏃🏻‍♂️靜電屏(ping)蔽克服(fú)串模幹(gàn)擾、漿液(ye)噪聲符(fú)合1／f特性(xing)可通過(guò)提高勵(lì)磁頻率(lü)加以克(kè)服。
　　當采(cǎi)用交流(liu)勵磁時(shi)，由于存(cún)在勵磁(cí)線圈等(děng)效電感(gǎn)，勵磁切(qie)換過程(chéng)中勵磁(cí)電流存(cún)在漸變(bian)過程，在(zai)這一過(guò)程🔞中磁(ci)感應強(qiang)度處于(yu)非穩定(dìng)狀态，變(biàn)化的磁(cí)場穿過(guo)由被測(ce)流體、測(cè)量電極(jí)、電極引(yǐn)出線和(he)變送器(qi)共同組(zǔ)成😍的閉(bi)合回路(lu)，實際中(zhong)該回路(lu)不可能(néng)與磁力(li)線保持(chi)平行，此(cǐ)時勵磁(ci)線圈相(xiang)當于變(biàn)壓器的(de)初級線(xian)圈，閉合(hé)回🍓路等(děng)價于隻(zhī)有一匝(zā)的次級(ji)線圈且(qie)回路大(da)小可等(deng)效🏃‍♂️爲回(hui)路電感(gǎn)。根據🏃🏻‍♂️“變(biàn)壓器效(xiào)應”會産(chǎn)生一個(ge)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🐇。
1微(wēi)分幹擾(rǎo)相關研(yán)究
　　當前(qian)消除微(wēi)分噪聲(sheng)主要從(cong)信号處(chu)理方面(miàn)入手，并(bìng)未對影(yǐng)響💘噪☔聲(sheng)的因素(su)加以研(yan)究。建立(lì)電極測(cè)量回路(lù)等效模(mó)型，給出(chu)仿真模(mo)型搭建(jian)、參數取(qu)值和仿(pang)真結果(guo)分析。
2電(diàn)極測量(liàng)回路模(mó)型建立(li)
2.1測量回(hui)路等效(xiao)模型
　　測(ce)量電極(ji)與流體(tǐ)介質接(jiē)觸時會(hui)發生電(diàn)化學反(fan)應［7］在電(dian)極－溶液(yè)界面形(xíng)成阻抗(kàng)，通常由(yóu)法拉第(di)阻抗與(yǔ)雙電♉層(céng)電🛀🏻容并(bìng)聯組⛹🏻‍♀️成(cheng)。法拉第(dì)過程分(fèn)爲電荷(he)傳遞過(guo)程和擴(kuo)散過程(cheng)，相應的(de)法拉🧑🏾‍🤝‍🧑🏼第(di)阻抗由(yóu)電荷傳(chuan)遞電阻(zu)與擴散(san)阻抗串(chuan)聯組成(cheng)。一般電(diàn)磁流量(liang)計的勵(li)📱磁頻率(lǜ)大于1Hz，而(ér)擴散阻(zǔ)抗發生(sheng)在更低(dī)📐頻率内(nèi)，不考👉慮(lü)擴散過(guò)程，電極(ji)等效阻(zu)抗爲電(diàn)荷傳遞(di)電阻與(yǔ)雙電層(ceng)電容并(bìng)聯後再(zài)與電極(ji)接觸電(diàn)阻串聯(lián)。基于電(diàn)✉️極阻抗(kang)建立的(de)電極等(deng)效測量(liàng)回路如(rú)👉圖1所示(shi)。

　　圖中(zhong)：Rs1和Rs2爲電(dian)荷傳遞(dì)電阻；C1和(hé)C2爲雙電(dian)層電容(róng)；Rt爲兩個(ge)測量電(diàn)極間的(de)接觸電(diàn)阻滿足(zú)Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(cí)線圈等(deng)效電感(gan)；L1爲閉合(he)㊙️回路等(děng)效電感(gan)✍️；R1和R2爲放(fàng)大器輸(shū)入電阻(zǔ)；P1和⭕P2爲由(you)“變壓器(qì)效應”疊(dié)加在測(cè)量🙇‍♀️電極(jí)上的微(wei)分幹擾(rao)；U1爲流體(tǐ)切割磁(cí)力線産(chan)生的感(gǎn)應電勢(shì)；Ue爲勵磁(cí)電壓♌。假(jia)設磁感(gǎn)應強度(du)由勵磁(cí)電流決(jue)定且成(chéng)正比關(guan)系💚即B＝aI，忽(hū)略串模(mó)等幹擾(rǎo)則電極(ji)間🌈電壓(ya)爲感應(ying)電勢與(yu)微分幹(gan)擾的疊(dié)加，基本(běn)方程如(rú)下：

則微(wēi)分幹擾(rao)的量化(hua)表達式(shì)爲：

　　式中(zhong)，Rx爲勵磁(cí)線圈銅(tóng)耗電阻(zǔ)。由于在(zài)兩個測(ce)量電極(jí)🐉上感應(yīng)出的流(liú)量信号(hào)大小相(xiang)等方向(xiang)相反，可(kě)對其中(zhong)一個電(diàn)⁉️極進🌈行(háng)研究。對(dui)于電極(jí)A，假設單(dān)電極回(hui)路的總(zong)阻抗爲(wèi)ZA，則：

2.2參數(shu)取值
　　電(dian)極上的(de)感應電(dian)動勢在(zai)沒有經(jing)過放大(dà)之前一(yi)般很🥰小(xiǎo)，取值在(zài)幾毫伏(fu)到幾百(bai)毫伏之(zhī)内，仿真(zhēn)中流速(su)感應🤩電(dian)勢取10mV。放(fang)大器🆚的(de)輸入電(diàn)阻遠遠(yuǎn)大于内(nei)阻，文🍉獻(xian)［8］中給出(chū)電荷傳(chuan)遞電阻(zu)爲Rs＝50Ω。電極(ji)接觸📐電(dian)阻與溶(róng)液電導(dǎo)率有關(guan)一般取(qu)Rt＝15kΩ。雙電層(céng)電容C1＝20μF。将(jiāng)各參數(shu)值代入(rù)到式（7）中(zhōng)，可得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理(lǐ)想情況(kuang)兩個電(dian)極參數(shu)取值相(xiang)等，實際(jì)中兩者(zhe)會存在(zài)差異對(duì)于電極(jí)B可取K1＝0.997，T1＝9.75×10－4，T2＝9.74×10－4。
3基(jī)于MATLAB的電(diàn)極信号(hao)仿真
3.1仿(páng)真模型(xing)
　　基于Matlab中(zhong)Siumlink對電極(ji)信号進(jìn)行仿真(zhen)，勵磁方(fāng)式爲三(san)值波🔱勵(li)磁，勵磁(cí)頻💋率f＝25Hz，傳(chuán)感器參(cān)數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵磁(ci)系統參(cān)數Ue＝100V、穩态(tài)電流I0＝200mA。
　　基(ji)于電極(ji)測量回(hui)路搭建(jian)的仿真(zhen)模型如(rú)圖2所示(shi)，圖中信(xìn)号模塊(kuai)pulsGenerator通過加(jiā)法器、乘(cheng)法器得(dé)到勵磁(ci)電流。由(you)公式（1），在(zài)固定流(liú)速下感(gan)應電勢(shì)與勵磁(cí)電流成(cheng)正比，通(tōng)過增加(jiā)Gain1模塊得(de)到感應(ying)電勢信(xin)号。對勵(lì)磁電流(liú)進行求(qiu)導即經(jing)模塊Derivative得(dé)到微分(fèn)噪聲，其(qí)中Gain值與(yu)Lx和L1相關(guān)。感應電(dian)勢與🧡噪(zào)聲經Add1疊(dié)加之後(hou)得到電(diàn)極信号(hào)E1（t）。scope觀察☔輸(shu)出信号(hào)波形♋。
　　仿(páng)真波形(xíng)和真實(shi)波形如(ru)圖3所示(shi)。将傳感(gan)器參數(shù)代入到(dao)勵磁電(dian)流穩态(tài)調節時(shí)間［9］公式(shi)中，得電(dian)流上升(shēng)時間爲(wèi)360μs，測得實(shí)際上升(sheng)時間爲(wèi)390μs，兩者相(xiang)差不大(dà)，驗證了(le)仿真模(mo)型的正(zhèng)确性。


3.2仿真(zhēn)實驗
　　仿(páng)真試驗(yàn)中，設定(ding)線圈等(deng)效電感(gǎn)取值範(fàn)圍爲162～212mH，間(jiān)隔🍓10mH；閉合(hé)㊙️回路等(děng)效電感(gǎn)範圍0.2～1mH，間(jiān)隔爲0.2mH；雙(shuāng)電層電(dian)容、接觸(chù)電阻随(sui)流🌐體電(diàn)導率👈變(bian)化而變(biàn)化，電導(dao)率增大(dà)接觸電(dian)阻和雙(shuāng)電層電(diàn)容減小(xiao)而電荷(hé)傳遞電(dian)阻增大(da)。可設定(ding)電極接(jie)觸電阻(zu)、雙電層(ceng)電💁容和(he)電荷傳(chuan)遞電阻(zǔ)💔範圍分(fèn)别爲🔱5～15kΩ、10～20μF和(he)50～60Ω，由公式(shi)（7）知，可用(yong)T2表示上(shang)述三者(zhě)關系。仿(pang)真參數(shù)取值不(bú)同情況(kuang)下，通過(guo)MATLAB工具箱(xiang)對仿💋真(zhēn)測量得(de)到的幹(gàn)擾峰值(zhí)進行曲(qu)線拟合(he)畫出相(xiang)應的曲(qǔ)😄線圖。其(qi)中仿真(zhēn)數據和(he)相對應(yīng)的曲線(xiàn)方程如(rú)表1～表4所(suǒ)示，曲線(xian)圖如圖(tú)4～圖6。

3.3仿真(zhen)結果分(fèn)析
　　圖4爲(wèi)改變勵(li)磁線圈(quan)等效電(diàn)感其它(ta)值保持(chí)不變時(shi)測得的(de)幹擾結(jié)果，可以(yǐ)看出，當(dang)線圈等(deng)效電感(gǎn)取值不(bu)同💃時，幹(gan)🔅擾峰值(zhi)存♍在變(bian)化，電感(gan)越大線(xian)圈中電(diàn)流上升(sheng)（下降）時(shi)間越長(zhǎng)，微分幹(gàn)擾❗越大(dà)。

　　圖(tu)5爲改變(biàn)測量回(hui)路等效(xiào)電感即(ji)等價于(yu)改變交(jiao)變磁力(lì)線穿過(guò)測量回(hui)路等效(xiao)面積時(shi)測得的(de)幹擾結(jié)果，随着(zhe)值增大(dà)幹擾🏃呈(cheng)逐🌈漸增(zeng)大的趨(qū)勢。因此(ci)要避🈲免(mian)電極走(zǒu)線偏離(li)，盡量保(bao)持回路(lù)與磁力(lì)線平行(hang)以減小(xiǎo)幹擾。

　　圖6爲電(diàn)極等效(xiào)阻抗值(zhí)變化時(shí)測得的(de)幹擾結(jie)果，當溶(rong)液電🥰導(dǎo)率🎯改變(biàn)時電極(jí)等效阻(zǔ)抗值變(biàn)化，同樣(yàng)會對微(wēi)🐕分噪聲(shēng)産生較(jiao)大影響(xiǎng)。電導率(lü)越大幹(gàn)擾峰值(zhi)越小。

4結(jié)束語
　　運(yùn)用MATLAB仿真(zhen)軟件對(duì)電磁流(liú)量計電(dian)極信号(hao)進行建(jian)模仿真(zhen)，通過該(gai)模型分(fen)析勵磁(cí)線圈等(deng)效電感(gan)、閉合回(hui)路和電(diàn)極等效(xiào)阻抗取(qu)值📐變化(hua)情況下(xià)微分幹(gan)擾變化(hua)，得到影(yǐng)響微分(fen)幹擾♊原(yuan)因。

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