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LDCK-50電磁流量計(jì)測(cè)量過程中噪聲產(chǎn)生的影響

閱讀:562        發(fā)布時(shí)間:2019-12-10

LDCK-50電磁流量計(jì)的測(cè)量通道是一段光滑的直管段,,不會(huì)堵塞,非常適用于測(cè)量含有固體的固液兩相流體,, 且電磁流量計(jì)在檢測(cè)時(shí)不會(huì)帶來壓力等外力作用,,所以節(jié)能效果好。 電磁流量計(jì)采用法拉第電磁感應(yīng)定律作為設(shè)計(jì)原理,, 測(cè)量的體積流量基本上不受流體的密度,、溫度、壓力,、粘度和電導(dǎo)率變化的明顯影響,,且其口徑范圍選擇余地大,流量測(cè)量范圍寬,,也可用于測(cè)量具有腐蝕性的液體,。
LDCK-50電磁流量計(jì)在測(cè)量液體時(shí), 兩個(gè)電極與被測(cè)液體相接觸,,這樣可以更準(zhǔn)確地測(cè)量由于外加激勵(lì)而產(chǎn)生的電荷偏移,。 流速為V 的流體在外加磁場(chǎng)的情況下,,切割磁力線,向兩個(gè)電極方向移動(dòng),,形成電勢(shì)差 E ,。 但是在接觸過程中,被測(cè)液體中混合的大小質(zhì)量不均的固體顆粒在流體運(yùn)動(dòng)中,,隨機(jī)的沖撞電極,,使得輸出信號(hào)出現(xiàn)頻繁的跳動(dòng),這種現(xiàn)象叫做漿狀流體噪聲,,即漿液噪聲 ,。
1、1/f 噪聲的宏觀解釋
漿液內(nèi)部含有大量的紙漿或砂漿等大小不均的固體顆粒,,漿液流動(dòng)時(shí),,這些顆粒會(huì)沖撞到電磁流量計(jì)的測(cè)量電極上,使得測(cè)量電極產(chǎn)生一個(gè)突變信號(hào),, 大量的突變信號(hào)擾亂了正常的測(cè)量信號(hào),,原本應(yīng)該平滑的感應(yīng)電勢(shì)疊加上噪聲,使得流量測(cè)量產(chǎn)生偏差,。
將漿液噪聲從流量信號(hào)里抽離出來,, 并從頻域的角度分析可知,漿液噪聲的功率譜密度符合 1/f 噪聲特性,,即信號(hào)的功率譜能量分布和頻率成反比,。 功率譜分析表明漿液噪聲的頻率分布很寬,干擾的增益隨著頻率的升高而降低,。

對(duì)于 1/f 噪聲的研究,,現(xiàn)階段常用的有兩種方法:一種是,首先產(chǎn)生隨機(jī)白噪聲,,再把白噪聲通過一個(gè)高通濾波器,,經(jīng)過濾波的噪聲可以近似看作是 1/f 噪聲;另一種是,,用狀態(tài)機(jī)的方法經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算得到,,或者用一種需要復(fù)雜方法的模型得出 1/f噪聲。
2,、1/f 噪聲的統(tǒng)計(jì)解釋
1/f 噪聲在很多自然系統(tǒng)中都有出現(xiàn),,近些年來越來越多的人都試圖用數(shù)學(xué)分析的方法解釋這種現(xiàn)象, 但是所有的研究都還未達(dá)成統(tǒng)一,,但是有一個(gè)共性是*的,,下面是本文對(duì) 1/f 的一種解釋。
設(shè)在一段時(shí)間內(nèi)( t>0 ),,漿液顆粒沖撞電極產(chǎn)生的噪聲電壓值的大小與沖撞電極的顆粒的大?。黧w濃度),、力度(流體速度)、幾何形狀有關(guān),,假定將漿液顆粒分化為質(zhì)量,、形狀統(tǒng)一的質(zhì)點(diǎn),漿液顆粒沖撞電極產(chǎn)生的噪聲電壓值正比于質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量,,即在某一時(shí)刻 t ,,產(chǎn)生的噪聲值的幅值用質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量來描述。則漿液沖撞電極的隨機(jī)過程為計(jì)數(shù)過程,,若 N ( t )表示時(shí)刻t 為止累計(jì)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)量,,則此過程滿足以下條件:
1 )N ( t ) ≥0 ;
2 )N ( t )是正整數(shù),;
3 )若 s<t ,,則 N ( s ) <N ( t );
4 )當(dāng) s<t ,, N ( t ) -N ( s )等于區(qū)間( s ,, t ]中質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量,。
由此可知,,漿液沖撞電極產(chǎn)生的噪聲,符合泊松過程,,定義為
其中 t<0 時(shí),, N ( t ) =0 。 將其做傅里葉變換,,可得:
其中,, K 是與流速、濃度以及漿液顆粒形狀有關(guān)的系數(shù),; 是表征噪聲 1/f 特性的系數(shù),,通常 1<<2 ; S 為噪聲序列中噪聲頻率 f 的統(tǒng)計(jì)幅值,; T 是漿液顆粒沖撞電極的間隔時(shí)間,。
假設(shè) y=log 10 S , b=log 10 K ,, kX=*log 10 T ,,則統(tǒng)計(jì)功率譜在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下,可將漿液噪聲等效成 Y=b+kX ,。 Y 正比于統(tǒng)計(jì)幅值,, b 正比于流速和濃度, k 為漿液固有系數(shù),,表征不同種類的漿液,。
漿液噪聲的幅值 V A 符合高斯分布,,且高斯分布的均值 μ 和方差 σ 與 b 和 k 有關(guān)。 即高斯分布的均值增大,,等效直線斜率增大,,截距減小,;高斯分布的方差增大,,等效直線斜率減小,截距增大,;幅值倍數(shù)增大,,截距增大[ 10 ] 。
4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
根據(jù)以上關(guān)系,,設(shè)計(jì)一種漿液噪聲 M slurry ,,此噪聲由功率譜統(tǒng)計(jì)特性擬合的直線符合斜率為 k=-1.9 ,截距為 b=-52 ,。 噪聲各頻段斜率相近,,整體波形隨機(jī)曲折。
5 結(jié)束語
通過分析漿液噪聲,,可以得到以下結(jié)論:
1 )根據(jù)漿液噪聲的頻譜特性的分析,,此模型可用于在一定頻譜范圍內(nèi)近似代替實(shí)際漿液噪聲;
2 )漿液噪聲在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下,,呈現(xiàn) 1/f 的特性,,濃度增加或者流速增加,曲線上移,,濃度下降或者流速降低,,曲線下移;低頻噪聲能量高于高頻噪聲,,高頻段比低頻段豐富,。

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