基于電磁流量計(jì)的電極干擾信號(hào)仿真研究

王項(xiàng)杰

淮安市計(jì)量測(cè)試中心 江蘇淮安 223001

電磁流量主要是用來(lái)測(cè)量各種電流體的體積流量。被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，其中工業(yè)污水測(cè)量、酸堿測(cè)量等方面都需要較高的準(zhǔn)確性。然而在使用過程還存在一定的干擾因素影響其準(zhǔn)確性，因此研究電極干擾信號(hào)仿真技術(shù)具有重要意義。

1 電磁流量計(jì)中電極干擾信號(hào)概述

所謂電磁流量計(jì)，簡(jiǎn)單來(lái)講就是以法拉第電磁感應(yīng)定律作為基礎(chǔ)的一種流量?jī)x表，電極上感應(yīng)的電勢(shì)和流體流速兩者呈長(zhǎng)相關(guān)，但因?qū)嶋H實(shí)際上電極信號(hào)中會(huì)存在很多干擾性的信號(hào)影響，其中主要干擾因素有微分、共模、串模等等，為切實(shí)保證流量計(jì)在進(jìn)行測(cè)量作業(yè)的時(shí)的準(zhǔn)確性，這就需要采取有效措施抑制其中的干擾影響因素，例如采用甲流歷次對(duì)極化干擾影響進(jìn)行克服，采用勵(lì)磁頻率為工頻整數(shù)倍起到對(duì)工頻干擾的克服等等。通過上述信號(hào)處理方法進(jìn)行相應(yīng)處理后，因電極主要干擾為微分干擾，因此，在采用交流勵(lì)磁過程中，因其中存在一定的勵(lì)磁線圈等效電感，勵(lì)磁在切換的同時(shí)，勵(lì)磁電流也隨之發(fā)生漸變，在這個(gè)過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度狀態(tài)不是很穩(wěn)定，而變化磁場(chǎng)需要在需要進(jìn)行檢測(cè)液體、測(cè)量帶年紀(jì)、點(diǎn)擊引出線以及變送器組合的一種閉合回路中穿越，但實(shí)際上來(lái)講，回路不會(huì)與磁力線處于平衡狀態(tài)，而勵(lì)磁線圈在其中的作用就好比是變壓器初級(jí)線圈，因此閉合回路與一匝初級(jí)線圈處于為等價(jià)，與此同時(shí)，回路大小與電感兩者處于等效狀態(tài)，根據(jù)變壓器效應(yīng)原理進(jìn)行分析，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)尖峰情況，也就是微分干擾會(huì)以疊加狀態(tài)處于電極上，從而對(duì)流量測(cè)量產(chǎn)生影響[1]。

2 電極信號(hào)仿真探究

2.1 仿真模型

本文主要是根據(jù)建立在Matlab中Siumlink進(jìn)行電極信號(hào)仿真，采用三值波勵(lì)磁方式，頻率為25Hz，采用參數(shù)為Rx為88.8Ω、D為40mm、Lx為162mH的傳感器，勵(lì)磁系統(tǒng)為Ue為100V的參數(shù)，處于靜態(tài)時(shí)的電流為I0為200mA。根據(jù)點(diǎn)擊測(cè)試得到的仿真模型如圖1所示，根據(jù)圖中信號(hào)模塊顯示的信息，通過加法、乘法器嫩夠計(jì)算出勵(lì)磁電流的數(shù)值。

圖1 電極信號(hào)仿真模型

根據(jù)公式Ei(t)＝BDV＋dB/dt＝aDVI＋ad/dt可知，在電流速度固定的情況下，感應(yīng)電勢(shì)和勵(lì)磁電流之間的關(guān)系是成正比，通過提高Gain1模塊數(shù)值方式得到相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)，求導(dǎo)勵(lì)磁電流值，得到的結(jié)論是lx和l1數(shù)值與Gain值有有直接關(guān)系。通過Add1技術(shù)對(duì)噪聲和感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行疊加可以獲得電極信號(hào)E1（t），觀察scope顯示的信號(hào)，如圖2所示。將傳感器數(shù)據(jù)帶入公式中，可以得到在電力持續(xù)上升到360μs時(shí)，實(shí)踐所用時(shí)間為390μs，數(shù)據(jù)顯示和實(shí)際測(cè)試結(jié)果相差不多，充分說明仿真模式準(zhǔn)確性比較高。

圖2 電極信號(hào)波形

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)

在仿真實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)線圈電感取值，假設(shè)范圍在162mH和212mH之間，間隔保持在10mH。閉合回路電感設(shè)定在0.2mH到1mH之間，間隔保持在0.2mH。接觸電阻和雙電層電容的變化是根據(jù)流體電導(dǎo)率的變化而不斷發(fā)生變化，他們之間的關(guān)系是隨著電導(dǎo)率數(shù)值增加，雙電層電容、接觸電阻二者數(shù)值減少，電荷傳遞電阻提升。假設(shè)電極接觸電阻是在5kΩ-15kΩ范圍內(nèi)，雙電層電在容10μF-20μF之間，電荷傳遞電阻在50Ω-60Ω之間，根據(jù)公式Vo＝K1×（T1S＋1）/(T2S＋1)×E1（t）可知，運(yùn)用T2表示這三者之間的聯(lián)系。在仿真數(shù)值不同時(shí)，可以針對(duì)干擾數(shù)值通過MATLAB技術(shù)進(jìn)行擬畫，得到相應(yīng)的圖形，其中曲線方程如表1、表2、表3、表4所示。

表1 線圈等效電感干擾峰值

表2 閉合回路電感干擾峰值

表3 電極參數(shù)干擾峰值

表4 噪聲線性擬合方程

要想在基于對(duì)勵(lì)磁線圈等效電感進(jìn)行改變，且其他參數(shù)不發(fā)生變化的情況下，以此來(lái)獲取到檢測(cè)后的干擾結(jié)果數(shù)據(jù)，能夠明確看出，如果線圈等效電感在參數(shù)取值上存在不同，則表明其容易造成干擾峰值的變化影響，如果電感越大，同時(shí)線圈中電流上升時(shí)間或者下降時(shí)間越長(zhǎng)的情況下，則對(duì)微分產(chǎn)生的干擾影響也就越大。

要想促使對(duì)測(cè)量回路等效電感進(jìn)行改編后，也就是使其與交變磁力線穿過測(cè)量回路等效面積所獲取到的干擾結(jié)果處于等價(jià)狀態(tài)下，這時(shí)候的狀態(tài)就是隨著參數(shù)值不斷增大，干擾影響也因此隨之增大的趨勢(shì)進(jìn)行發(fā)展，為此這就需要采取相應(yīng)措施防止電極走線出現(xiàn)偏離，盡最大可能保證回路和磁力線處于平衡狀態(tài)下，以此來(lái)起到避免干擾影響的作用[2]。

通過分析電極等效阻抗值發(fā)生變化后產(chǎn)生的干擾結(jié)果來(lái)看，能夠明顯看出，如果溶液電導(dǎo)率發(fā)生變化，電極等效阻抗值也會(huì)隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變化，與此同時(shí)，也就對(duì)微分噪聲帶來(lái)一定影響，總而言之，電導(dǎo)率越大的情況下，其產(chǎn)生的干擾峰值也就越小。

綜上所述，利用仿真技術(shù)結(jié)合相應(yīng)的信息軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)信號(hào)模擬的作用，通過MATLAB仿真軟件能夠分析出在閉合回路和勵(lì)磁線圈等效電感以及電極等效阻抗發(fā)生變化的條件下，電機(jī)信號(hào)干擾變化，在信息設(shè)備上可以分析出微分干擾產(chǎn)生的因素以及影響范圍，進(jìn)而為后續(xù)使用和研究中能夠及時(shí)消除干擾，降低測(cè)量誤差，進(jìn)而得到跟為準(zhǔn)確的數(shù)值。