摘要:渦(wō)街流量(liàng)計 測量(liang)阻流體(ti)時物理(lǐ)信号動(dòng)态範圍(wéi)大，尤其(qi)在測量(liàng)弱😘信号(hao)時易受(shòu)噪聲影(ying)響，因此(cǐ)其前置(zhì)放大電(dian)路性能(neng)必🐉須充(chong)分考慮(lü)電路本(ben)💃🏻底噪聲(shēng)因素。分(fèn)析了φ50型(xing)号氣體(ti)渦街流(liu)量🍉計前(qián)置放大(da)電路的(de)系統噪(zao)聲組成(chéng)，對電路(lù)噪聲進(jìn)行分✉️析(xi)、計算，得(de)出理論(lùn)上的電(diàn)路本✉️底(dǐ)等效噪(zao)聲值爲(wèi)4.59μV。利用Multisim14.0作(zuo)爲仿真(zhēn)環境進(jìn)行測試(shi)驗證，表(biǎo)明利用(yòng)此電路(lu)可檢測(ce)10μV以上的(de)信号。提(ti)出的電(diàn)路設計(ji)爲實際(jì)電路優(yōu)化提供(gong)了理論(lùn)參考依(yī)據。
引言(yán).
　　渦街流(liu)量計在(zài)計量領(lǐng)域具有(you)廣泛的(de)應用場(chang)景。目前(qián)，若要利(li)🔱用渦街(jiē)流量計(ji)實現精(jīng)密測量(liàng)，還需要(yao)處理本(ben)底噪聲(shēng)問💛題，因(yin)🔞爲它❓是(shi)影響測(cè)量精度(du)的最主(zhu)要因素(su)。
　　本文針(zhen)對上述(shù)問題，首(shou)先基于(yú)中50型号(hao)氣體渦(wō)街流🍉量(liang)計的前(qián)置放大(da)電路進(jin)行分析(xi)，将複雜(zá)的電路(lu)等🧑🏽‍🤝‍🧑🏻效成(cheng)簡化電(diàn)路;接着(zhe)在特定(ding)渦街流(liu)量計前(qián)置放大(dà)電路的(de)基礎上(shang)，對前置(zhì)放大器(qì)進行噪(zao)聲量化(huà)計算;最(zui)後基于(yú)噪聲影(ying)響情況(kuàng)，進行精(jing)度測量(liang)模拟仿(pang)真實驗(yàn)，證實理(lǐ)論計算(suan)結果🧡的(de)可靠性(xìng)。結果顯(xian)示:噪聲(shēng)🈲測量、算(suàn)法和⛷️精(jing)度測試(shì)，能夠爲(wei)實際電(diàn)路測量(liang)♈中渦街(jie)流量計(jì)的性能(néng)改善提(ti)♍供理論(lùn)參考。
1渦(wo)街流量(liang)計計量(liàng)原理
　　渦(wō)街流量(liàng)計的原(yuán)理是在(zài)氣體或(huo)液體等(děng)流體中(zhōng)安置阻(zǔ)流體，流(liú)體在經(jing)過阻流(liu)體時會(huì)交替産(chǎn)生兩串(chuàn)規則的(de)旋渦(這(zhe)種旋渦(wō)稱爲“卡(ka)門渦街(jie)”)，旋渦頻(pin)率被⚽壓(yā)力傳感(gǎn)器檢測(ce)到後，利(lì)用流量(liàng)Q與頻率(lü)f的關系(xi)式💋測量(liàng)流體的(de)流量，即(jí)
Q=f/K
　　其中，K是(shi)流量計(jì)的流量(liàng)系數，可(ke)看作固(gù)定常數(shu)。
2前置放(fang)大電路(lù)噪聲分(fèn)析
　　本文(wén)選取了(le)最典型(xíng)的中50型(xíng)号氣體(tǐ)渦街流(liú)量計的(de)前置放(fàng)大電🔱路(lu)作爲特(tè)定樣本(ben)對噪聲(shēng)進行分(fèn)析。系統(tong)噪🈲聲包(bao)括電路(lù)内部産(chǎn)♉生的噪(zào)聲(也稱(chēng)固有噪(zao)聲)，也包(bao)括電路(lu)外部的(de)幹擾噪(zào)聲。前置(zhi)放大器(qì)的固有(you)👈噪聲主(zhu)要🚶包括(kuò)電阻☀️熱(rè)噪聲、集(ji)成運算(suàn)放大器(qi)自身🙇‍♀️的(de)等效噪(zao)聲。本章(zhang)主要對(dui)渦街流(liú)量計系(xì)統電阻(zǔ)熱噪聲(shēng)、運算放(fàng)🌈大器自(zi)身的等(děng)效噪聲(shēng)進行分(fèn)析，外部(bù)幹擾噪(zào)聲不在(zài)讨論範(fan)圍之内(nèi)。
2.1熱噪聲(shēng)原理
(1)電(dian)阻熱噪(zao)聲:主要(yao)由電子(zi)的随機(jī)熱運動(dòng)引起，産(chan)生噪聲(shēng)電壓。電(dian)阻兩端(duān)産生的(de)熱噪聲(sheng)電壓有(yǒu)效值E,滿(mǎn)⚽足
Q=f/K
　　其中(zhōng)，k一玻爾(er)茲曼常(chang)數;T一電(dian)阻的絕(jue)對溫度(du);R一電阻(zu)的阻值(zhi),Ω;B一信号(hào)帶寬。
注(zhu):在室溫(wēn)下(17或290K)，4kT≈1.6x12-15V2/(Hz.Ω)。.
(2)阻(zǔ)容并聯(lian)的熱噪(zao)聲:爲了(le)限制頻(pín)帶寬度(du)，有時要(yào)在電阻(zǔ)兩端連(lián)⭕接電容(róng)。在阻容(rong)并聯的(de)情況，電(diàn)路中開(kāi)路的😘熱(rè)噪💃🏻聲有(you)效值E10爲(wei)
 
　　其中，C-并(bing)聯電容(rong)。
　　可以證(zhèng)明，無源(yuan)元件的(de)任意連(lián)接所産(chǎn)生的熱(rè).噪聲💔等(děng)同于等(deng)效🙇‍♀️網絡(luo)阻抗的(de)實部電(diàn)阻所産(chan)生的熱(rè)噪聲。
2.2運(yùn)算放大(dà)器自身(shen)等效噪(zao)聲分析(xī)
　　運算放(fang)大器的(de)噪聲模(mó)型也可(ke)以用等(děng)效噪聲(sheng)模型替(ti)代。圖1所(suo)🚶示爲含(han)噪放大(dà)器的電(dian)路圖，圖(tú)2爲噪聲(sheng)等🚶效電(dian)路。其中(zhong)，es是被測(cè)信号☂️電(dian)壓，Rs是信(xìn)号源的(de)輸出電(dian)阻，e1是電(dian)阻熱噪(zao)㊙️聲等效(xiào)的噪聲(sheng)電壓源(yuan)，en和in分别(bie)是放大(da)器自身(shēn)的等效(xiao)噪聲電(dian)壓源和(hé)電流源(yuán)。
　　設et,en和in互(hù)不相關(guān)，噪聲電(diàn)流源可(ke)以轉化(hua)爲電壓(yā)源inRs，其有(you)效🏃‍♀️值🔴的(de)平方表(biǎo)示爲
 
3前(qián)置放大(da)電路噪(zao)聲計算(suan)分析
　　因(yin)不同電(diàn)路的需(xū)求不同(tóng)，設計一(yī)個電路(lù)往往也(ye)需要具(jù)✔️有一🈲些(xiē)其他功(gōng)能，例如(rú)去除直(zhí)流偏置(zhì)、抑制共(gong)模信号(hao)等。本章(zhāng)對該⛷️電(diàn)路進行(hang)合理的(de)簡化，以(yi)更方便(biàn)地計算(suàn)噪聲，并(bing)對噪聲(shēng)進行等(deng)效分析(xī)與計算(suàn)。
 
3.1前置放(fàng)大器電(diàn)路分析(xi)
　　渦街流(liu)量計前(qian)置放大(da)電路如(ru)圖3所示(shi)。在該電(diàn)路設計(jì)中，采用(yòng)⭐了SGM8532芯片(piàn)，利用電(diàn)路的對(duì)稱性和(hé)負反饋(kuì)作用，有(yǒu)效地穩(wěn)定🔱靜态(tài)工作點(dian)，以放大(dà)差模信(xin)号，抑制(zhì)共模信(xìn)🔴号。在J2，R,1和(he)R2的電路(lu)☀️中，交流(liu)信号可(kě)以順利(li)通過①、②，而(ér)直流信(xin)号因受(shou)到C3、C4的影(yǐng)響隻能(néng)走J1,R1和R2的(de)環路,使(shi)得兩條(tiao)通路的(de)🏃🏻直流信(xin)号電位(wèi)相同，去(qù)除👄了直(zhi)流偏置(zhi)⁉️。在對稱(cheng)環路中(zhong)，爲了計(ji)算方便(biàn)，我們将(jiāng)③等效成(chéng)地。
　　簡化(hua)後的電(diàn)路圖和(hé)等效噪(zào)聲電路(lu)圖分别(bie)如圖4和(he)圖5所👈示(shì)。
 
3.2噪聲估(gū)算
　　由式(shi)(2)可知R3和(hé)R4串聯所(suǒ)産生的(de)熱噪聲(shēng)爲Et=2.65×10-7V;
　　由式(shi)(3)可知阻(zu)容并聯(lián)所産生(shēng)的熱噪(zao)聲爲
E10=4.47×10-6V。
　　圖(tú)6所示爲(wei)SGM8532芯片手(shǒu)冊的部(bu)分片段(duan)，由
　　圖6及(jí)式(5)可得(dé)En=1-04×10-6V。
　　由公式(shi)(4)可知，該(gai)電路輸(shu)出的噪(zào)聲有效(xiào)值爲
 
　　因(yīn)此，理論(lùn)上該電(diàn)路可以(yi)檢測大(da)于10μV(大于(yú)噪聲6dB以(yǐ)_上)的微(wēi)弱信🌂号(hao)。
4仿真結(jié)果驗證(zhèng)
　　本章利(lì)用Multisim14.0作爲(wei)仿真環(huan)境，其自(zi)帶的噪(zào)聲源可(kě)以使仿(páng)真結果(guǒ)更加正(zhèng)确。放大(da)器爲理(lǐ)想放大(dà)器，V爲該(gai)放大器(qi)等效噪(zao)聲源，确(que)保噪聲(shēng)的正确(què)率。
　　電路(lu)仿真結(jié)果如圖(tu)7所示。由(yóu)仿真結(jie)果可以(yǐ)看出，在(zai)總🙇‍♀️的噪(zao)聲😘中，V(p-p)大(da)概爲2~8μV,與(yu)實際.結(jié)果相差(chà)不大，在(zài)同一量(liang)級。實際(jì)噪聲稍(shao)微🎯小，可(ke)能是輸(shū)出頻率(lǜ)比理論(lun)值💜略小(xiao)導緻的(de)。
5結束語(yǔ)
　　本文首(shǒu)先簡要(yao)介紹了(le)渦街流(liu)量計原(yuán)理及構(gòu).成，然後(hòu)着重分(fèn)🤩析了渦(wo)街流量(liang)計前置(zhì)放大電(diàn)路的各(gè)種噪聲(sheng)及公式(shì)，并以典(diǎn)型的φ50型(xing)号氣體(ti)渦街流(liú)量計的(de)前置放(fàng)大電路(lù)作爲特(tè)定樣本(běn)，在建立(li)噪聲模(mó)型的基(ji)礎.上，簡(jiǎn)單、有效(xiao)地計算(suan)得到了(le)渦街流(liú)量計前(qian)置放大(da)電路的(de)噪聲。通(tōng)過對電(diàn)路進行(hang)仿🆚真驗(yàn)證，佐證(zheng)了理論(lun)計算的(de)有效性(xing)。該電路(lu)可以.測(cè)量大于(yu)10μV的渦🙇‍♀️街(jiē)信号，爲(wèi)後續實(shí)測及電(dian)路優化(hua)提供理(lǐ)論參考(kǎo)依💚據。

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