摘要:通(tong)過對普遍使(shǐ)用于壓電式(shi)渦街流量計(ji) 上的電荷放(fàng)大電路的理(li)論分析,對原(yuán)有的電路進(jìn)行了改🛀🏻進。在(zai)電荷放大電(diàn)路中應用差(chà)動放大和引(yǐn)入直流電平(ping)的方法,提高(gao)了壓電式渦(wō)街流量計對(duì)低流速流體(tǐ)的測量性能(neng)，從而降低了(le)測量的最低(di)🔞下限值,并且(qiě)提高了👨‍❤️‍👨測量(liang)精度和抗幹(gan)擾能力。将改(gai)💯進後的渦街(jie)流量計 進行(háng)實驗,實驗表(biǎo)明,改進後的(de)渦街流量計(jì)的測量下限(xian)從🈲改⛱️進🐪前的(de)22.3m³/h下降到18.5m³/h,最低(di)下限處的不(bú)确定度從0.28%下(xia)降到0.165%,實驗🌈結(jie)果證明改動(dong)是有效的。
0引(yǐn)言
　　由于渦街(jie)流量計的原(yuan)理相對簡單(dan),結構也不太(tài)複雜💰，因此最(zuì)😍近幾年得到(dao)了飛速的發(fā)展。但是渦街(jie)流量計發展(zhan)起來的時間(jian)還不長,本身(shen)存在的--些問(wèn)題仍然沒有(yǒu)得到很好的(de)✂️解決。其✏️中非(fei)常大的一個(ge)缺陷就是渦(wō)街流量計對(duì)低流速流體(tǐ)不敏感,當流(liu)速低時渦街(jie)檢測不到流(liu)體的旋渦,這(zhè)個缺陷的存(cún)在✔️很大程度(du)上⛱️限制了它(ta)的使用。工業(ye)中.常用的渦(wō)街流量計檢(jiǎn)測旋渦頻率(lü)的🚶‍♀️方法是,在(zai)發生體尾部(bù)放置一個壓(ya)電晶體,當有(you)旋渦産生時(shí)會🏃🏻因爲壓力(lì)的變化使壓(ya)♻️電晶體産生(sheng)電荷信号,然(ran)後通過電荷(he)放🌈大電路将(jiāng)電荷信号放(fàng)大。因此電荷(he)放大電路的(de)優💃🏻劣直接影(ying)響渦街流量(liang)計的💃性能好(hao)壞問。本文通(tōng)過🙇🏻對電荷放(fang)大電路的理(li)論分析并結(jié)合渦街流量(liang)計自身的特(te)點對原有的(de)電荷放大電(diàn)路進行了改(gǎi)進,并在實驗(yàn)中進行了👄驗(yan)證,得到了很(hěn)好的實驗結(jié)果⛹🏻‍♀️。
1電荷放大(da)器的原理
　　壓(yā)電式渦街流(liu)量計的工作(zuò)原理是:當流(liú)體流過渦街(jiē)發生體的時(shí)候在流體中(zhong)産生旋渦,旋(xuan)渦産生向.上(shang)的升力📐,檢測(cè)元件把受到(dao)的升力以應(ying)力形式作🛀用(yòng)在壓電晶體(ti)元件上，轉換(huan)成交變的電(dian)荷信号,經🔱電(diàn)荷放大、濾波(bo)、整形後得到(dào)旋💔渦頻率信(xìn)号。電荷放大(da)電路的核心(xin)是将壓電晶(jīng)體.上受力👅産(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓信(xin)✍️号。其電路結(jie)構如圖1所示(shi)。
 
　　通過電路圖(tu)利用基爾霍(huo)夫電流定律(lǜ)可以得出如(ru)下電流關系(xi):
I2=-i1+i2（1）
　　根據歐姆定(ding)律可以把式(shi)（1）寫成如下格(gé)式：
 
　　式中:Rƒ爲反(fan)饋電阻;Cƒ爲反(fan)饋電容;V0爲輸(shu)出電壓;Vt爲輸(shu)入電壓;Es爲壓(ya)電👣晶體産生(shēng)的等效電壓(ya);Cs爲信号源等(deng)效電容;Ce爲電(diàn)纜之間的分(fèn)布❓電容。
　　将下(xia)面2個公式代(dài)入式(1):
 
　　從以上(shang)理論分析可(kě)以得出以下(xià)結論:當運放(fang)的開環增🈲益(yì)足🏃‍♂️夠大,下限(xian)頻率足夠低(di)時,輸出電壓(yā)正比與輸💚入(rù)電荷量,這就(jiu)是電荷放大(dà)器的原理。
2改(gai)進的電荷放(fang)大電路
　　通過(guo)以上對電荷(hé)放大電路的(de)原理研究并(bìng)結合渦街☂️流(liu)量計本🔴身的(de)一些特點,本(ben)文設計出了(le)如圖2所示的(de)電荷🛀放大電(dian)路。本電🔱路的(de)主要特點是(shi)采用差動放(fàng)大,而且爲了(le)增加本.電路(lù)的電壓信号(hào)的幅值和避(bì)免由于接地(di)而🌍使低于地(dì)電位的有🎯用(yòng)信号丢失,在(zai)電路中引入(rù)了一個直流(liú)電平,有效地(di)避免了🍓信号(hao)在傳輸過程(cheng)中被削波。如(ru)圖2所示,運放(fàng)A2和電阻R3、R4組成(cheng)了電壓跟随(sui)電路,使㊙️輸出(chū)電平🐅能很好(hao)地穩定在某(mǒu)一值上,電阻(zǔ)6R和電容C10可以(yi)抑制電源引(yǐn)起的幹擾。
 

3實驗研(yan)究
　　爲了對改(gai)進後的渦街(jiē)流量計電荷(hé)放大電路的(de)性能進行♻️測(ce)試,在氣體裝(zhuang)置上進行了(le)實驗,并與改(gǎi)進💘前的渦街(jiē)✍️流量計的測(cè)量結果進行(háng)了比較。實驗(yan)結🥰果顯示,改(gai)進後的渦街(jiē)流量計在測(ce)量♻️下限從改(gǎi)進前的22.3m³/h下降(jiàng)♍到18.5m³/h,最低下限(xian)處的不确定(ding)度從0.28%下降到(dào)0.165%,因此可以看(kàn)出改進後的(de)電荷放大電(dian)路使渦街流(liú)量計本身的(de)性能得到了(le)提高。
4結論
　　本(běn)文通過對整(zhěng)個電荷放大(da)電路的理論(lùn)分析,利用🌈所(suo)得出🛀的🌍理論(lun)結果并且兼(jian)顧到實際應(yīng)用中的具體(ti)情況來獲取(qu)電路的各個(gè)參數值,應用(yòng)于壓電式渦(wo)街流量計上(shang)性能優🐪良的(de)電荷放大電(diàn)路,并通過實(shí)驗驗證了改(gai)進的結果是(shi)令人滿意的(de)。

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