摘(zhai)要：傳統電(dian)磁流量計(ji) 在消除微(wei)分幹擾時(shi)大多數采(cai)用在硬件(jian)電路上消(xiao)除或者避(bi)開微分幹(gan)擾時段進(jin)行采樣，很(hen)少研究影(ying)響幹擾的(de)原因。基于(yu)真實電極(ji)情況，建立(li)電極回路(lu)👅測量模型(xing)并基于模(mo)型進行電(dian)極信号仿(pang)真，研究了(le)傳感器參(can)數和電極(ji)參數變化(hua)對微分幹(gan)擾的影響(xiang)。結果表明(ming)，當參數取(qu)值不⛷️同時(shi)尖峰幹擾(rao)也不相同(tong)，從而爲研(yan)究和消除(chu)幹擾減小(xiao)🥰測量誤差(cha)提供理論(lun)依據。
電磁(ci)流量計是(shi)基于法拉(la)第電磁感(gan)應定律的(de)流量儀表(biao)，主要由‼️傳(chuan)感器和變(bian)送器組成(cheng)，傳感器将(jiang)待測流體(ti)轉換成電(dian)信号，變送(song)器對電信(xin)号進行一(yi)系列的處(chu)理🚩轉換成(cheng)實際對應(ying)的流量。理(li)想情況下(xia)電極上感(gan)應出的電(dian)勢與流體(ti)流速成正(zheng)比，但在實(shi)際中👈電極(ji)信号摻雜(za)許多幹擾(rao)信号，主要(yao)的幹擾爲(wei)微分幹擾(rao)、同向幹🔞擾(rao)🌈、工頻幹擾(rao)、共模幹擾(rao)、串模幹擾(rao)✊、漿液幹擾(rao)和極化幹(gan)擾等。爲确(que)🌏保流量計(ji)🚶測量準确(que)性須對幹(gan)擾進行抑(yi)制，如采用(yong)交流勵磁(ci)克服極化(hua)幹擾、高共(gong)模抑制比(bi)差分放大(da)器克服共(gong)模幹擾、勵(li)磁頻率爲(wei)工頻整數(shu)倍克服工(gong)頻幹擾、良(liang)好接地技(ji)術和靜電(dian)屏蔽克服(fu)串模幹擾(rao)、漿液噪聲(sheng)符合1／f特性(xing)可通過提(ti)高勵磁頻(pin)率加以克(ke)服。
　　當采用(yong)交流勵磁(ci)時，由于存(cun)在勵磁線(xian)圈等效電(dian)感，勵磁切(qie)換過程中(zhong)勵磁電流(liu)存在漸變(bian)過程，在這(zhe)一過程🙇🏻中(zhong)磁感應強(qiang)度處于❗非(fei)穩定狀态(tai)，變化的磁(ci)場穿過由(you)被測流體(ti)、測量電極(ji)、電極引出(chu)🈲線和變送(song)器共同組(zu)成的閉合(he)回路，實際(ji)中該回路(lu)不🐕可能與(yu)磁力線保(bao)持平❤️行，此(ci)時勵磁線(xian)圈相當于(yu)📞變壓器的(de)初級線圈(quan)，閉合♊回🐆路(lu)等價于隻(zhi)有一匝的(de)次級線圈(quan)且回路大(da)小可等效(xiao)爲回路電(dian)感。根據“變(bian)壓器效應(ying)”會産生一(yi)個尖峰即(ji)微👉分幹擾(rao)疊加在電(dian)極上，影響(xiang)流量的測(ce)量♊。
1微分幹(gan)擾相關研(yan)究
　　當前消(xiao)除微分噪(zao)聲主要從(cong)信号處理(li)方面入手(shou)，并未🈲對影(ying)響噪聲的(de)因素加以(yi)研究。建立(li)電極測量(liang)回路等效(xiao)模型，給出(chu)仿真模🌂型(xing)搭建、參數(shu)取值和仿(pang)真結果分(fen)析。
2電極測(ce)量回路模(mo)型建立
2.1測(ce)量回路等(deng)效模型
　　測(ce)量電極與(yu)流體介質(zhi)接觸時會(hui)發生電化(hua)學反應［7］在(zai)電👣極－溶液(ye)🌂界面形成(cheng)阻抗，通常(chang)由法拉第(di)阻抗與雙(shuang)電層電容(rong)并聯組成(cheng)。法拉第過(guo)程分爲電(dian)荷傳遞過(guo)程和擴散(san)過程，相應(ying)的法拉第(di)阻抗由電(dian)荷傳遞電(dian)阻與擴散(san)阻抗串聯(lian)組成。一般(ban)電磁流量(liang)計的勵磁(ci)頻率大于(yu)1Hz，而擴散阻(zu)抗發生在(zai)更低頻率(lü)内，不考🐕慮(lü)擴散過程(cheng)，電極等效(xiao)阻抗爲電(dian)荷傳遞電(dian)阻與雙電(dian)層電容并(bing)聯後☎️再與(yu)電極接觸(chu)電阻串聯(lian)。基于電極(ji)阻抗建立(li)的電極等(deng)效測量回(hui)路如圖1所(suo)示。

　　圖中：Rs1和(he)Rs2爲電荷傳(chuan)遞電阻；C1和(he)C2爲雙電層(ceng)電容；Rt爲兩(liang)個測量電(dian)極間的接(jie)觸電阻滿(man)足Rt＝Rt1＋Rt2；Lx爲勵磁(ci)線圈等效(xiao)電感；L1爲♈閉(bi)合回路等(deng)效電感；R1和(he)R2爲放大器(qi)輸入電阻(zu)；P1和P2爲由“變(bian)壓器效應(ying)”疊加在測(ce)量☂️電極上(shang)的微分幹(gan)擾；U1爲流體(ti)切割磁力(li)線産生的(de)感應電勢(shi)；Ue爲勵磁電(dian)壓。假設磁(ci)感應🏒強度(du)由勵磁⁉️電(dian)流決定且(qie)成正比關(guan)系🙇‍♀️即B＝aI，忽略(lue)串模等幹(gan)擾則電極(ji)間電壓爲(wei)感應電勢(shi)與微分幹(gan)擾的疊加(jia)，基本方程(cheng)如下：

則微(wei)分幹擾的(de)量化表達(da)式爲：

　　式中(zhong)，Rx爲勵磁線(xian)圈銅耗電(dian)阻。由于在(zai)兩個測量(liang)電極上🈚感(gan)應出的流(liu)量信号大(da)小相等方(fang)向相反，可(ke)對其中一(yi)✂️個電☀️極進(jin)行研究。對(dui)💃于電極A，假(jia)設單電極(ji)回路的總(zong)阻抗爲ZA，則(ze)：

2.2參數取值(zhi)
　　電極上的(de)感應電動(dong)勢在沒有(you)經過放大(da)之前一般(ban)♋很小，取值(zhi)在🏃‍♂️幾毫伏(fu)到幾百毫(hao)伏之内，仿(pang)真中流速(su)感應電勢(shi)取10mV。放大器(qi)的輸入電(dian)阻遠遠大(da)于内阻，文(wen)獻［8］中給出(chu)電荷傳遞(di)電阻爲Rs＝50Ω。電(dian)極接觸💔電(dian)阻與溶液(ye)電導率有(you)關一般取(qu)Rt＝15kΩ。雙電層電(dian)容C1＝20μF。将各參(can)數值代入(ru)到式（7）中，可(ke)得k1＝0.998，T1＝0.001，T＝9.9×10－4。理想情(qing)況兩個電(dian)極參數👣取(qu)值相等，實(shi)♉際中兩者(zhe)會存在差(cha)異對于電(dian)極B可取K1＝0.997，T1＝9.75×10－4，T2＝9.74×10－4。
3基(ji)于MATLAB的電極(ji)信号仿真(zhen)
3.1仿真模型(xing)
　　基于Matlab中Siumlink對(dui)電極信号(hao)進行仿真(zhen)，勵磁方式(shi)爲三值波(bo)勵磁，勵🌏磁(ci)頻率f＝25Hz，傳感(gan)器參數D＝40mm、Rx＝88.8Ω、Lx＝162mH，勵(li)磁系統參(can)數Ue＝100V、穩态電(dian)❌流I0＝200mA。
　　基于電(dian)極測量回(hui)路搭建的(de)仿真模型(xing)如圖2所示(shi)，圖中信号(hao)模塊pulsGenerator通過(guo)加法器、乘(cheng)法器得到(dao)勵磁電流(liu)。由公式（1），在(zai)固定流速(su)下感應電(dian)勢與勵磁(ci)電流成正(zheng)比，通過增(zeng)加Gain1模塊得(de)到感應電(dian)勢信号。對(dui)🐆勵磁電流(liu)進🐪行求導(dao)即經模塊(kuai)Derivative得到微分(fen)噪🍉聲，其中(zhong)Gain值與Lx和L1相(xiang)關。感應電(dian)勢與噪聲(sheng)經Add1疊加之(zhi)後得到電(dian)極信号E1（t）。scope觀(guan)察輸出信(xin)号波形。
　　仿(pang)真波形和(he)真實波形(xing)如圖3所示(shi)。将傳感器(qi)參數代入(ru)到勵磁電(dian)流穩态調(diao)節時間［9］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)。


3.2仿真(zhen)實驗
　　仿真(zhen)試驗中，設(she)定線圈等(deng)效電感取(qu)值範圍爲(wei)162～212mH，間隔10mH；閉合(he)回路等效(xiao)電感範圍(wei)0.2～1mH，間隔爲0.2mH；雙(shuang)電層電容(rong)、接觸電阻(zu)随流體電(dian)㊙️導率變化(hua)而變化，電(dian)導率增大(da)接觸電阻(zu)和雙電層(ceng)💋電容減小(xiao)而電荷傳(chuan)遞🌈電阻增(zeng)大。可設定(ding)電極接觸(chu)電阻、雙電(dian)層電容和(he)電荷傳遞(di)電阻範圍(wei)分别爲5～15kΩ、10～20μF和(he)50～60Ω，由公式（7）知(zhi)，可用T2表示(shi)上述三者(zhe)關系⛹🏻‍♀️。仿真(zhen)參數取值(zhi)不同情況(kuang)下，通過MATLAB工(gong)具箱對仿(pang)真測量得(de)到的幹擾(rao)峰值進行(hang)曲線拟合(he)⛷️畫出相應(ying)的曲線圖(tu)。其中仿真(zhen)數據😄和相(xiang)對應的曲(qu)線方程如(ru)表1～表4所示(shi)，曲線圖如(ru)圖4～圖6。

3.3仿真(zhen)結果分析(xi)
　　圖4爲改變(bian)勵磁線圈(quan)等效電感(gan)其它值保(bao)持不變時(shi)📱測得的幹(gan)擾結果，可(ke)以看出，當(dang)線圈等效(xiao)電感取值(zhi)不同時，幹(gan)擾峰💋值存(cun)在變化，電(dian)感越大線(xian)圈中電流(liu)上升（下降(jiang)）時間越長(zhang)，微分幹擾(rao)越大。

　　圖5爲(wei)改變測量(liang)回路等效(xiao)電感即等(deng)價于改變(bian)交變磁🤟力(li)線穿過測(ce)量回路等(deng)效面積時(shi)測得的幹(gan)擾結果，随(sui)着值增大(da)⚽幹擾呈逐(zhu)漸增大的(de)趨勢。因此(ci)要避免電(dian)極走線偏(pian)👨‍❤️‍👨離，盡量保(bao)持回🙇🏻路與(yu)磁力線平(ping)行以減小(xiao)幹擾。

　　圖6爲電極(ji)等效阻抗(kang)值變化時(shi)測得的幹(gan)擾結果，當(dang)溶🚶‍♀️液電導(dao)率改變時(shi)電極等效(xiao)阻抗值變(bian)化，同樣會(hui)對微分噪(zao)聲産生較(jiao)大影響。電(dian)導率越大(da)幹擾峰值(zhi)越小。

4結束語
　　運(yun)用MATLAB仿真軟(ruan)件對電磁(ci)流量計電(dian)極信号進(jin)行建模仿(pang)🔅真，通過該(gai)模型分析(xi)勵磁線圈(quan)等效電感(gan)、閉合回路(lu)和電極㊙️等(deng)效阻抗👈取(qu)值變化情(qing)況下微分(fen)幹擾變化(hua)，得到影響(xiang)微分幹擾(rao)原因。

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