基于電磁流量計的電極干擾信號仿真研究

王項杰

淮安市計量測試中心 江蘇淮安 223001

電磁流量主要是用來測量各種電流體的體積流量。被廣泛應用到各個領域中，其中工業污水測量、酸堿測量等方面都需要較高的準確性。然而在使用過程還存在一定的干擾因素影響其準確性，因此研究電極干擾信號仿真技術具有重要意義。

1 電磁流量計中電極干擾信號概述

所謂電磁流量計，簡單來講就是以法拉第電磁感應定律作為基礎的一種流量儀表，電極上感應的電勢和流體流速兩者呈長相關，但因實際實際上電極信號中會存在很多干擾性的信號影響，其中主要干擾因素有微分、共模、串模等等，為切實保證流量計在進行測量作業的時的準確性，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極化干擾影響進行克服，采用勵磁頻率為工頻整數倍起到對工頻干擾的克服等等。通過上述信號處理方法進行相應處理后，因電極主要干擾為微分干擾，因此，在采用交流勵磁過程中，因其中存在一定的勵磁線圈等效電感，勵磁在切換的同時，勵磁電流也隨之發生漸變，在這個過程中，磁感應強度狀態不是很穩定，而變化磁場需要在需要進行檢測液體、測量帶年紀、點擊引出線以及變送器組合的一種閉合回路中穿越，但實際上來講，回路不會與磁力線處于平衡狀態，而勵磁線圈在其中的作用就好比是變壓器初級線圈，因此閉合回路與一匝初級線圈處于為等價，與此同時，回路大小與電感兩者處于等效狀態，根據變壓器效應原理進行分析，就會出現一個尖峰情況，也就是微分干擾會以疊加狀態處于電極上，從而對流量測量產生影響[1]。

2 電極信號仿真探究

2.1 仿真模型

本文主要是根據建立在Matlab中Siumlink進行電極信號仿真，采用三值波勵磁方式，頻率為25Hz，采用參數為Rx為88.8Ω、D為40mm、Lx為162mH的傳感器，勵磁系統為Ue為100V的參數，處于靜態時的電流為I0為200mA。根據點擊測試得到的仿真模型如圖1所示，根據圖中信號模塊顯示的信息，通過加法、乘法器嫩夠計算出勵磁電流的數值。

圖1 電極信號仿真模型

根據公式Ei(t)＝BDV＋dB/dt＝aDVI＋ad/dt可知，在電流速度固定的情況下，感應電勢和勵磁電流之間的關系是成正比，通過提高Gain1模塊數值方式得到相應的感應電勢信號，求導勵磁電流值，得到的結論是lx和l1數值與Gain值有有直接關系。通過Add1技術對噪聲和感應電勢進行疊加可以獲得電極信號E1（t），觀察scope顯示的信號，如圖2所示。將傳感器數據帶入公式中，可以得到在電力持續上升到360μs時，實踐所用時間為390μs，數據顯示和實際測試結果相差不多，充分說明仿真模式準確性比較高。

圖2 電極信號波形

2.2 仿真實驗

在仿真實驗中，針對線圈電感取值，假設范圍在162mH和212mH之間，間隔保持在10mH。閉合回路電感設定在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流體電導率的變化而不斷發生變化，他們之間的關系是隨著電導率數值增加，雙電層電容、接觸電阻二者數值減少，電荷傳遞電阻提升。假設電極接觸電阻是在5kΩ-15kΩ范圍內，雙電層電在容10μF-20μF之間，電荷傳遞電阻在50Ω-60Ω之間，根據公式Vo＝K1×（T1S＋1）/(T2S＋1)×E1（t）可知，運用T2表示這三者之間的聯系。在仿真數值不同時，可以針對干擾數值通過MATLAB技術進行擬畫，得到相應的圖形，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 電極參數干擾峰值

表4 噪聲線性擬合方程

要想在基于對勵磁線圈等效電感進行改變，且其他參數不發生變化的情況下，以此來獲取到檢測后的干擾結果數據，能夠明確看出，如果線圈等效電感在參數取值上存在不同，則表明其容易造成干擾峰值的變化影響，如果電感越大，同時線圈中電流上升時間或者下降時間越長的情況下，則對微分產生的干擾影響也就越大。

要想促使對測量回路等效電感進行改編后，也就是使其與交變磁力線穿過測量回路等效面積所獲取到的干擾結果處于等價狀態下，這時候的狀態就是隨著參數值不斷增大，干擾影響也因此隨之增大的趨勢進行發展，為此這就需要采取相應措施防止電極走線出現偏離，盡最大可能保證回路和磁力線處于平衡狀態下，以此來起到避免干擾影響的作用[2]。

通過分析電極等效阻抗值發生變化后產生的干擾結果來看，能夠明顯看出，如果溶液電導率發生變化，電極等效阻抗值也會隨之產生相應的變化，與此同時，也就對微分噪聲帶來一定影響，總而言之，電導率越大的情況下，其產生的干擾峰值也就越小。

綜上所述，利用仿真技術結合相應的信息軟件，可以實現對電機信號模擬的作用，通過MATLAB仿真軟件能夠分析出在閉合回路和勵磁線圈等效電感以及電極等效阻抗發生變化的條件下，電機信號干擾變化，在信息設備上可以分析出微分干擾產生的因素以及影響范圍，進而為后續使用和研究中能夠及時消除干擾，降低測量誤差，進而得到跟為準確的數值。