摘要：傳統(tong)電磁流量(liang)計 在消除(chu)微分幹擾(rao)時大多數(shu)采用在硬(ying)件電路.上(shang)消除或⚽者(zhe)避開微分(fen)幹擾時段(duan)進行采樣(yang)，很少研究(jiu)影響幹擾(rao)的♻️原因。基(ji)于真實電(dian)極情況，建(jian)立電極回(hui)路測量模(mo)型并基于(yu)模型進行(hang)電極信号(hao)仿真，研究(jiu)了傳感器(qi)參數和電(dian)極參數變(bian)化對微分(fen)幹擾的影(ying)響。結果表(biao)明，當🈲參數(shu)取值不同(tong)時尖峰幹(gan)擾也不相(xiang)同，從而爲(wei)研究🐉和消(xiao)除幹擾減(jian)小測量誤(wu)差提供理(li)論依據。
引(yin)言
　　電磁流(liu)量計是基(ji)于法拉第(di)電磁感應(ying)定律的流(liu)量儀表，主(zhu)要由傳感(gan)器和變送(song)器組成，傳(chuan)感器将待(dai)測流體轉(zhuan)換㊙️成電🛀🏻信(xin)号,變送器(qi)對電信号(hao)進行一系(xi)列📐的處理(li)轉換成實(shi)際對應的(de)流♋量。理想(xiang)情況下電(dian)極上感應(ying)出的電勢(shi)與流體流(liu)速成正比(bi)，但在實際(ji)中電極信(xin)号摻雜許(xu)多幹擾信(xin)号，主要的(de)幹擾爲微(wei)分🌍幹擾、同(tong)向幹🤞擾🈲、工(gong)頻幹擾、共(gong)模幹擾、串(chuan)模幹擾、漿(jiang)液幹擾和(he)極化幹擾(rao)㊙️等。爲确保(bao)流量計測(ce)量準确性(xing)須💃對幹擾(rao)進行抑制(zhi)，如💞采用交(jiao)流勵磁克(ke)服極化幹(gan)擾、高共模(mo)抑制比差(cha)分放大器(qi)克服共模(mo)幹擾、勵磁(ci)頻💛率爲工(gong)頻整數倍(bei)克服工頻(pin)幹擾、良好(hao)接地技術(shu)和靜電屏(ping)蔽克服串(chuan)模幹擾🐆、漿(jiang)液噪聲符(fu)合1/f特性可(ke)通過提高(gao)勵磁頻率(lü)加以克服(fu)。經上述信(xin)号處理方(fang)法㊙️之後電(dian)極🔱上主要(yao)的幹擾爲(wei)微分幹擾(rao)。當采用交(jiao)流勵磁時(shi)，由于存在(zai)勵磁線圈(quan)等效電感(gan)，勵磁切換(huan)📐過程中勵(li)磁電流存(cun)在漸變過(guo)程🐕，在這一(yi)過程中磁(ci)感應強度(du)處于非穩(wen)定狀态，變(bian)化的磁場(chang)穿過由被(bei)測流體、測(ce)量電極、電(dian)極引出線(xian)和🔴變送器(qi)共同組成(cheng)的閉合回(hui)路，實際中(zhong)該回路不(bu)可能與磁(ci)力線保持(chi)平行，此時(shi)勵磁線圈(quan)相當于變(bian)💛壓器的初(chu)級⛷️線圈，閉(bi)🙇‍♀️合回路等(deng)價于隻有(you)一⁉️匝的次(ci)級線圈♍且(qie)回路大📐小(xiao)可🌈等效爲(wei)回路♌電感(gan)。根據“變壓(ya)器效應”會(hui)産生一個(ge)尖峰即微(wei)分幹擾疊(die)加在電🌈極(ji)上，影響流(liu)量的測量(liang)。
數據采集(ji)分析
1.1現場(chang)實驗
　　針對(dui)電磁流量(liang)計測量水(shui)煤漿時出(chu)現較大波(bo)動，甚👅至回(hui)零🔆這一問(wen)題，特去某(mou)煤化工企(qi)業進行現(xian)場數據采(cai)🐪集。該公司(si)所使用的(de)對置式四(si)噴嘴氣化(hua)爐有4個噴(pen)嘴，噴嘴管(guan)道口徑爲(wei)125mm,管中水煤(mei)漿流量基(ji)本穩定在(zai)19m2/h(流速約爲(wei)0.48m/s)。每條噴嘴(zui)煤漿線_上(shang)安裝了3台(tai)電磁流量(liang)計，每台電(dian)磁流量計(ji)由傳感器(qi)和變送器(qi)兩部分組(zu)成。選擇🔞其(qi)中1條水煤(mei)漿管🔱線上(shang)的1台電磁(ci)流量計進(jin)行數據采(cai)集，因爲該(gai)台電磁流(liu)量計測量(liang)結果波動(dong)大，甚至出(chu)現回💛零的(de)現象。将課(ke)題組研制(zhi)的基于DSP的(de)電磁流量(liang)變送器的(de)信号線和(he)勵磁線接(jie)到該☀️電磁(ci)流量傳感(gan)器的電極(ji)和勵磁線(xian)圈上,組合(he)成完🔴整的(de)電磁流量(liang)計,進行水(shui)煤漿數據(ju)采集。使用(yong)的電🤞磁流(liu)🈲量變送器(qi)是以TI公司(si)DSP芯片❗TMS320F28335爲核(he)心，采用高(gao)頻勵🏃🏻‍♂️磁方(fang)案，其硬件(jian)主要包括(kuo)勵磁控制(zhi)系統🧑🏽‍🤝‍🧑🏻和信(xin)号采集處(chu)理系統，具(ju)體的模塊(kuai)有勵磁驅(qu)動模塊、信(xin)号‼️調💯理采(cai)集模塊、信(xin)号處理控(kong)制模塊、人(ren)機接口模(mo)塊、通信模(mo)塊及電源(yuan)管理模塊(kuai)💋。信号調理(li)采集🔞模塊(kuai)中的調理(li)電路對一(yi)次儀表輸(shu)出的信号(hao)進行放大(da)和濾💔波，截(jie)止頻率是(shi)2kHz,放大倍數(shu)約爲230倍。通(tong)過NI公司USB-6216型(xing)号的數據(ju)采集卡進(jin)行數據采(cai)集🚶‍♀️，把調理(li)電路的輸(shu)出端連接(jie)到數據采(cai)集卡的一(yi)個差分輸(shu)人端，并設(she)置數♌據采(cai)集卡工作(zuo)在差分的(de)測量模式(shi)，設置采集(ji)卡的⭐采樣(yang)頻率爲10kHz.采(cai)集多組水(shui)煤漿信号(hao)數據，每組(zu)數據的時(shi)間長度爲(wei)5min.
1.2數據分析(xi)
　　現場采集(ji)了25Hz方波勵(li)磁下的水(shui)煤漿信号(hao)，發現水煤(mei)漿信✊号的(de)幅📞值非常(chang)大，甚至接(jie)近AD的量程(cheng)上限。水煤(mei)漿信号主(zhu)要由感應(ying)電動勢信(xin)号和電極(ji)噪聲組成(cheng)✊。其中，感應(ying)電動勢信(xin)号是由導(dao)❄️電液體切(qie)割磁場産(chan)生的，其幅(fu)值和相同(tong)流量下介(jie)質爲水的(de)感應電動(dong)勢幅值相(xiang)同，僅約爲(wei)數十毫伏(fu)。這是因爲(wei)電磁流量(liang)👄計不受被(bei)測導電介(jie)質的溫度(du)、黏度、密度(du)以及導電(dian)率的影響(xiang)，隻要經過(guo)水标定後(hou)，就可以用(yong)來測量其(qi)他導電液(ye)體的流量(liang)。電極噪聲(sheng)是水煤漿(jiang)中的固體(ti)顆粒劃過(guo)電極而引(yin)起的信号(hao)😍跳變，也稱(cheng)爲漿液噪(zao)🔞聲，具有強(qiang)非平穩性(xing)、随機性，頻(pin)域具有近(jin)似1/f的特性(xing)。水煤漿信(xin)号♈中的漿(jiang)液噪🐇聲幅(fu)值非常大(da)，峰值可達(da)✉️數伏，遠遠(yuan)高于與流(liu)量相關的(de)感應電動(dong)勢信号。這(zhe)給流量信(xin)号的提取(qu)造成了極(ji)大的困難(nan)”。
2基于MATLAB的電(dian)極信号仿(pang)真
2.1仿真模(mo)型
　　基于Matlab中(zhong)Siumlink對電極信(xin)号進行仿(pang)真，勵磁方(fang)式爲三值(zhi)波勵磁，勵(li)磁頻率f=25Hz,傳(chuan)感器參數(shu)D=40mm、Rx=88.80、Lx=162mH,勵磁系統(tong)參數Ue=100V、穩态(tai)電流I0=200mA。由公(gong)式(1)，在固定(ding)流速下感(gan)應電勢與(yu)勵磁電流(liu)成正比，通(tong)過增加Gain1模(mo)塊得到感(gan)應🈲電勢信(xin)号。對勵磁(ci)流進行求(qiu)導🔆即經模(mo)塊Derivative得到微(wei)分噪聲，其(qi)中Gain值與Lx和(he)L1相✉️關。感應(ying)電勢✉️與噪(zao)聲經Add1疊加(jia)之後得到(dao)電極信号(hao)E1(t)。scope觀🤟察輸出(chu)信号波形(xing)。将傳感器(qi)參✉️數代人(ren)到勵磁電(dian)流💘穩态調(diao)節♋時間公(gong)式中，得電(dian)流上升時(shi)間爲360μs，測得(de)實際上升(sheng)時間爲390μs，兩(liang)者相差不(bu)大，驗證了(le)仿🤞真模型(xing)的正确性(xing)。
2.2仿真實驗(yan)
　　仿真試驗(yan)中，設定線(xian)圈等效電(dian)感取值範(fan)圍爲162~212mH，間隔(ge)10mH;閉合回路(lu)等效電感(gan)範圍0.2~1mH,間隔(ge)爲0.2mH;雙電層(ceng)電容、接觸(chu)電阻随流(liu)體電導率(lü)變化而變(bian)化，電導率(lü)增大接觸(chu)電阻和🔞雙(shuang)電層電容(rong)減小而電(dian)荷傳遞電(dian)阻增大。可(ke)☎️設定電極(ji)接觸電阻(zu)、雙電層電(dian)🤩容和電荷(he)㊙️傳遞電阻(zu)範圍分别(bie)爲5~15kM、10~20μF和50~60Ω，由公(gong)式(7)知，可用(yong)T2表示.上述(shu)三者關系(xi)。仿真參數(shu)取值不同(tong)情況下，通(tong)過MATLABI具箱對(dui)仿真💃🏻測量(liang)❓得到的幹(gan)擾峰值進(jin)行曲線拟(ni)合畫出相(xiang)應的曲線(xian)✉️圖♈吧。
3結束(shu)語
　　主要針(zhen)對電磁流(liu)量計的50Hz工(gong)頻幹擾，提(ti)出采用巴(ba)特沃斯帶(dai)阻濾波的(de)信号處理(li)方法，運用(yong)MATLAB實現巴特(te)沃斯帶🔞阻(zu)濾波器📱的(de)設計。通過(guo)MATLAB仿真，驗證(zheng)了本濾波(bo)方🏃🏻法的可(ke)🌂行性，将50Hz工(gong)頻幹擾有(you)效地濾除(chu)，研制出基(ji)于MSP430的低頻(pin)矩形波勵(li)磁的轉換(huan)器，并設計(ji)了軟件系(xi)統，可以實(shi)時處理信(xin)号。爲了驗(yan)證濾波算(suan)法的可行(hang)性，并測試(shi)電磁☀️流📱量(liang)計的測量(liang)精度，采用(yong)标準表标(biao)定法進行(hang)了水流量(liang)🔞标定實驗(yan)。

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