電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律製作的流量計，在實際研發中會遇到許多噪聲問題。圖1列出其每個組成部分可能引入的噪聲，這些噪聲以不同的形式和方式進入測量係統，成為提高信噪比和測量精度的障礙。本文通過分析傳感器前端遇到的噪聲的產生機製得出對應的解決方案。

圖1噪聲形式及分布圖
 

噪聲原理及解決方案

傳感器（電極+轉換器）

該部分中流動的信號是未經放大處理的微弱流量信號，也就最容易受到外部因素的幹擾，由圖1可知它引入的噪聲種類最多
，在此對這些噪聲進行分析並提出相應的解決方案。

在zai提ti出chu噪zao聲sheng及ji其qi解jie決jue方fang案an之zhi前qian先xian對dui流liu量liang信xin號hao本ben身shen進jin行xing討tao論lun，在zai信xin號hao處chu理li中zhong盡jin可ke能neng地di提ti高gao信xin噪zao比bi是shi處chu理li的de主zhu要yao目mu標biao，但dan由you於yu勵li磁ci功gong率lv等deng因yin素su的de限xian製zhi，在zai電dian極ji處chu獲huo得de的de流liu量liang信xin號hao幅fu值zhi有you限xian並bing且qie十shi分fen微wei弱ruo，而er在zai研yan製zhi電dian磁ci流liu量liang計ji中zhong我wo們men使shi用yong了le電dian容rong式shi電dian極ji（其原 因在後麵將有論述），此電極的輸出阻抗RC1很高
，為106Ω數量級
，如管內被測流體為導電率極低的酒精等，則內阻R0可能達到108Ω數量級，進入轉換器的電壓值為，為使流量信號能夠基本不失真地進入信號處理板中，這就要求轉換器應具有極高的輸入阻抗Zi。我們采用了輸入阻抗數量級為1010Ω的自舉電路作為轉換器，其等效原理圖如圖2所示。

圖2中，C1是電極的等效電容
；RC1為其阻抗

；Vi為流量信號電動勢；R0為管內流體內阻。顯然
，信號失真小於1%
，很大程度上保證了流量信號的完整性。

雜散噪聲

yiwangdedianciliuliangjidedianjibufenshiyijinshudaotidexingshiyubeiceyetichanshengjiechude，beiceliutiliudongshiyudianjibufenchanshengpengzhuangxingchengbuguizedezasanzaosheng。shiyongdianrongshidianciliuliangji

，dianjibufenbuyubeiceliutizhijiejiechuershitouguoguanbiyuliutideganyingdiandongshichanshengganying。

如圖3zhongsuoshi

，shiyongdaodianpianweidianjifuzhezaiceliangguandaowaixingchengdianrongshidianji，jinerguandaoneibiaomianwurenheqitawuzhi，beiceliutizaiguantineichangtongwuzu，meiyouzasanzaoshengchansheng。

圖3流量計電極及布線圖
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正交/同相幹擾

又稱為微分幹擾，是變化的勵磁磁場通過被測流體、傳感器、轉換器和信號放大器組成的回路產生感應電動勢，此現象被稱為“變壓器效應”
，其電動勢可表示為：

式中：E為次級電動勢
；B為磁場強度。

為減小正交幹擾的幅值需要在製作工藝上下功夫
，使圖3中D-A-B-Cxingchengdehuilupingmianjinliangtonglicicichangpingxing，jinerzuidachengdudexiaochuzhengjiaoganrao。yinweizhengjiaoganraoyutongxiangganraoshibusuiliuliangerbianhuade，yekeyongchuzhixiangjiandefangfaquchu。

勵磁電場幹擾

由(you)於(yu)流(liu)量(liang)信(xin)號(hao)很(hen)微(wei)弱(ruo)且(qie)敏(min)感(gan)，易(yi)受(shou)外(wai)部(bu)影(ying)響(xiang)，所(suo)以(yi)離(li)它(ta)很(hen)近(jin)的(de)勵(li)磁(ci)線(xian)圈(quan)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)勵(li)磁(ci)電(dian)場(chang)就(jiu)成(cheng)為(wei)影(ying)響(xiang)流(liu)量(liang)信(xin)號(hao)精(jing)度(du)的(de)致(zhi)命(ming)因(yin)素(su)
，其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)與(yu)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)同(tong)形(xing)式(shi)的(de)電(dian)場(chang)輻(fu)射(she)對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)部(bu)分(fen)形(xing)成(cheng)很(hen)大(da)的(de)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)，能(neng)將(jiang)流(liu)量(liang)信(xin)號(hao)完(wan)全(quan)湮(yan)沒(mei)。

解jie決jue方fang法fa是shi對dui傳chuan感gan器qi部bu分fen及ji輸shu出chu線xian部bu分fen進jin行xing整zheng體ti的de接jie地di屏ping蔽bi，屏ping蔽bi層ceng需xu完wan全quan包bao裹guo傳chuan感gan器qi部bu分fen，使shi屏ping蔽bi層ceng內nei成cheng為wei一yi個ge等deng勢shi體ti。因yin為wei電dian極ji部bu分fen獲huo得de的de流liu量liang信xin號hao很hen微wei弱ruo
，其qi獲huo得de的de電dian壓ya容rong易yi經jing分fen布bu電dian容rong泄xie漏lou
，所suo以yi需xu在zai此ci傳chuan輸shu線xian上shang加jia反fan饋kui屏ping蔽bi，如ru圖tu4所示。

工頻幹擾

ciganraolaiyuanzhiyishiwaibudianchang，zhuyaoshigongpindianchangyichuanmoouhexingshitongguobeiceliutidengwaibumeijiejinruxitongneibu
，qicishixitonggongdiandianyuanhelicixinhaoyinrudegongpinxingshideganrao
，cigongpinganraodetedianshifuzhiyuandayuliuliangxinhaoqiewuchubuzaibingsuigongzuoxianchangdebutongqixingshirupinlv、幅值也有所變化。

消xiao除chu其qi串chuan模mo幹gan擾rao的de方fang法fa是shi將jiang被bei測ce流liu體ti良liang好hao接jie地di
，使shi此ci工gong頻pin信xin號hao成cheng為wei整zheng個ge係xi統tong的de基ji準zhun電dian壓ya
，整zheng個ge係xi統tong的de零ling電dian位wei隨sui串chuan模mo信xin號hao的de變bian化hua而er變bian化hua，但dan其qi內nei部bu的de電dian壓ya是shi不bu隨sui其qi變bian化hua的de。再zai就jiu是shi窄zhai帶dai濾lv波bo，去qu除chu信xin號hao處chu理li板ban引yin入ru的de工gong頻pin噪zao聲sheng。

共模/差模幹擾

外wai部bu幹gan擾rao電dian場chang耦ou合he進jin入ru傳chuan輸shu線xian部bu分fen，具ju有you混hun合he有you共gong模mo和he差cha模mo形xing式shi的de幹gan擾rao
，此ci幹gan擾rao具ju有you不bu確que定ding性xing
，隨sui時shi間jian地di點dian的de不bu同tong而er變bian化hua。去qu除chu方fang法fa是shi將jiang傳chuan感gan器qi與yu放fang大da電dian路lu的de長chang連lian接jie線xian以yi雙shuang絞jiao線xian的de方fang式shi纏chan繞rao，從cong而er減jian小xiao回hui路lu麵mian積ji以yi降jiang低di差cha模mo形xing式shi的de感gan應ying電dian壓ya。由you於yu傳chuan輸shu線xian間jian很hen接jie近jin，使shi得de每mei纏chan繞rao兩liang圈quan分fen別bie獲huo得de的de容rong性xing耦ou合he幹gan擾rao大da小xiao相xiang等deng而er極ji性xing相xiang反fan，進jin而er消xiao除chu了le整zheng根gen雙shuang絞jiao線xian引yin入ru的de差cha模mo幹gan擾rao，在zai後hou期qi的de放fang大da電dian路lu中zhong使shi用yong運yun算suan放fang大da器qi進jin行xing差cha動dong放fang大da消xiao除chu共gong模mo幹gan擾rao。

串模幹擾

通過地線等途徑提高或降低基準電勢，使係統的工作電壓不穩定。如圖5所示為傳感器與接收放大器的連接電路。連接傳感器和放大器的導線模型化為與電阻Rw1和Rw2串聯的理想導體。

圖5串模幹擾原理圖

傳感器模型轉化為電壓源Vs和與它相關的電阻Rs。節點Vg1是傳感器這邊的局部地，節點Vg2是接收端所在地的局部地。假設放大器的輸入端到局部地的電阻等於Ri。兩個局部地被電阻為Rg的分布式接地係統的導線連接在一起，因為有電流流進接地節點
，所以兩個局部地就不可能處在同一電位上，而有Vgd的電勢差，則：
說明隻要Ri>>（Rs+Rw1），則隻將Vgd作為加入到Vs中的誤差或幹擾信號。

解決辦法有兩個：1）使用單點接地
，斷開Vg1處節點與Vs的連線，這樣參考地隻有一個，Vgd也就無法在係統中形成通路；2）diergejiushixiangquchugongmoganraodefangfayiyangjiangchuanganqiyufangdadianludechanglianjiexianyishuangjiaoxiandefangshichanraobingzaijieshoufangdaqiduanzengjiayigechafenfangdaqi，tongguoqiuchazhidefangfaxiaochudixianyinrudeganrao。

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高低頻耦合幹擾

除上麵提到的頻率確定或形式確定的幹擾外，還有其他的現場幹擾進入
，譬如現場擁有15Hz以下的低頻及1kHz以上的高頻
，其幹擾進入整個測量係統的傳輸線、導dao線xian等deng部bu分fen受shou到dao空kong間jian電dian場chang輻fu射she，導dao致zhi信xin號hao電dian壓ya擾rao動dong
，低di頻pin部bu分fen與yu處chu理li放fang大da後hou流liu量liang信xin號hao處chu於yu同tong一yi量liang級ji，它ta使shi工gong作zuo信xin號hao做zuo低di頻pin的de擾rao動dong，容rong易yi造zao成cheng信xin號hao溢yi出chu
，而er高gao頻pin信xin號hao幅fu值zhi較jiao後hou期qi流liu量liang信xin號hao小xiao
，但dan仍reng會hui影ying響xiang采cai樣yang值zhi的de精jing度du。

為此，我們對信號進行較高Q值的窄帶濾波，使用二階壓控型有源帶通濾波器作為濾波單元
，其原理圖及頻率特性如圖6、7所示。

圖6二階帶通濾波原理圖

其傳遞函數：

再將圖6所示的電路進行四次級聯形成八階帶通濾波器，其頻率響應如圖8所示。

圖8 八階帶通濾波器幅頻圖

結束語

本文主要探討了在研發過程中遇到的各種噪聲情況及處理方法
，當然電容式電磁流量計所涉及的噪聲方麵不僅如此，運放的量化誤差、采樣時的量化誤差對測量精度都有影響
，還需要對采樣後的數據進行線性化等處理並通過控製器對流量結果進行控製、顯示。傳感器部分的形狀
、結構和工藝及管體部分材料也需要引起足夠的重視。

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