摘(zhāi)要:從渦街流(liú)量計 的基本(ben)工作原理展(zhǎn)開,介紹了渦(wō)街流量計抗(kàng)電磁幹擾和(hé)👄機械振動幹(gàn)擾的措施,采(cǎi)用這種辦法(fa)，可以有效擴(kuò)展渦街流量(liàng)計的量程下(xia)限,從而改進(jin)其性能。
1引言(yan)
　　在衆多的流(liú)量檢測解決(jue)方案中,渦街(jiē)流量計由于(yu)📱測量精🏃‍♀️度高(gao)，壓力損失小(xiao),安裝方便,不(bu)受被測介質(zhì)物理性質的(de)影響,信号便(bian)于遠傳等特(te)點,應用技術(shù)日趨完👄善,尤(yóu)其在大管徑(jing)和水、油等液(yè)體介質的流(liú)量測量方面(mian)應用更⚽加廣(guǎng)泛。
　　渦街流量(liang)計是基于流(liú)體動力學中(zhong)的卡門渦街(jie)原👣理制成的(de)。在一定的雷(lei)諾數範圍内(nei),流體的流速(su)或體積💰流量(liàng)和旋渦頻🍉率(lǜ)成正比而與(yu)流體的物理(lǐ)性質(壓力、溫(wēn)度、密☂️度等)無(wu)關,即:
Q=kƒ
　　式中:Q爲(wei)一體積流量(liàng);k爲儀表常數(shù);ƒ爲旋渦頻率(lǜ)。根據上💔述測(ce)量原理,渦街(jiē)流量計的一(yī)個特點就是(shi)易受🤞電磁和(hé)機♌械振動的(de)幹擾,由此造(zào)成在一些場(chǎng)合限📱制了渦(wō)街流量計的(de)正常使用,這(zhè)也是渦街流(liú)量計的工作(zuò)條件。解決抗(kang)幹擾問題是(shì)擴展量程下(xia)限、改進渦街(jie)流量計的有(you)效途徑。
2工作(zuo)條件
　　渦街流(liu)量計的阻流(liú)體以壓電晶(jing)體檢測旋渦(wō)頻率🌂,所得壓(yā)電信号經交(jiāo)流放大和觸(chu)發器,将旋渦(wo)頻率變成脈(mo)沖信号。脈沖(chòng)🔴信号送到二(er)次儀表經換(huan)算後顯示被(bèi)測流量💋。其中(zhong)，交流放大器(qì)的放大倍數(shù)K和觸🏒發器的(de)門限電壓U可(ke)以調整，如圖(tú)1所示。
 
　　圖1中信(xìn)号電壓爲E、幹(gàn)擾信号折算(suàn)到輸人端爲(wèi)V、門限電壓💜U折(she)算到輸人端(duān)爲u、交流放大(da)倍數爲K.因u=UK,故(gu)調整K或者U的(de)效🔆果是相同(tong)的。爲了使門(mén)限電壓能阻(zu)止幹擾信号(hào)☁️以保證觸發(fā)器能輸出🌐有(yǒu)效信号,必須(xū)使幹擾信号(hào)V小于門限電(dian)壓u,而有效信(xìn)号電壓E大于(yú)門限電壓u,即(jí)渦街流量計(ji)的工✉️作條件(jian)是:
E>u>V
　　幹擾信号(hào)V的大小決定(dìng)渦街流量計(jì)的量程下限(xian)。因此擴展渦(wō)❤️街流量計的(de)量程下限必(bi)須從降低幹(gan)擾信号V入手(shǒu)。調整🈲交流放(fàng)大倍數K隻能(neng)對輸出信号(hào)加⁉️
強，而量程(cheng)下限并不能(néng)得到擴展。
3抗(kang)幹擾措施
　　渦(wō)街流量計的(de)幹擾信号主(zhu)要有電磁千(qian)擾和機械(振(zhèn)動幹♋擾👈兩💁種(zhong),如何解決這(zhe)兩種抗千擾(rǎo)問題就成🌈爲(wèi)改進渦街流(liú)量計的關鍵(jiàn)。
　　渦街流量計(ji)通常采用金(jīn)屬外殼,外殼(ke)的屏蔽效應(ying)可以防止電(diàn)場和射頻幹(gàn)擾;對于磁場(chang)的幹擾,可以(yǐ)在内部電路(lu)設計中通過(guo)優選非磁性(xing)元件、印刷電(dian)路闆合🆚理布(bu)線🐉等辦法解(jie)決,随着電子(zi)技術的發展(zhan)和制造工藝(yi)的完善💛也不(bu)成問題。因此(ci)抗電磁幹擾(rǎo)主要是抗地(dì)線電流幹擾(rǎo)☔。
　　渦街流量計(ji)的壓電晶體(ti)裝在阻流體(ti)結構上,壓電(diàn)晶體的一端(duān)接外殼,故信(xìn)号前置放大(da)器必然接地(dì)。渦街流量計(ji)的輸出信号(hao)送到二次儀(yi)表,而信号放(fang)大所需的直(zhí)流電源又由(yóu)二次儀表提(tí)⛱️供。壓電晶體(tǐ)的地線與二(èr)次儀表🐅的地(dì)線之間極可(ke)能存在跨步(bù)電壓形成電(diàn)♌流。這個電流(liu)在信号放大(dà)器的地線中(zhong)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流過就會有(you)🔞壓✔️降,這個壓(ya)降與有效信(xin)号叠加在一(yī)起,無法分離(lí),就是🈲地線電(dian)流幹擾。
　　地線(xiàn)電流幹擾的(de)解決措施是(shì)減小或消除(chu)了地線電流(liu)，最🈲徹底✊的辦(bàn)法是把二次(cì)儀表來的直(zhi)流電源隔離(lí)。即将直流💋電(dian)源經變壓器(qì)隔離後再整(zheng)流成直流供(gòng)給渦街流量(liang)計,使二次儀(yí)表的地🐉線與(yu)壓電晶體的(de)地線之間無(wú)任何電氣連(lián)接。同時有效(xiào)測量信🈲号經(jing)前置放大後(hòu)變成脈沖信(xìn)号,經脈沖變(biàn)壓器輸至二(èr)次儀表,根本(ben)上消除地線(xiàn)電流的影響(xiang)，是一種極其(qí)有效的抗幹(gàn)🔴擾措施。然而(er)變壓器隔離(lí)的辦法成本(ben)相對較高,體(ti)積又大,制造(zào)工藝上不🔞容(róng)易實現,大大(dà)降低了實用(yòng)性。光隔離限(xiàn)流抗幹擾措(cuo)施,能有🛀效減(jian)小地線電流(liú)的千擾♉。原理(li)如圖2所示。
 
　　圖(tú)中，a是壓電晶(jing)體的接地點(diǎn),b是二次儀表(biao)的接地點。在(zai)地線回路中(zhong)接人電阻r,于(yu)是a、b兩點間的(de)地線電流😄被(bèi)電🏃🏻阻r限制,a、b兩(liǎng)點間的電壓(yā)降在電阻r兩(liang)端。電阻r兩♋端(duan)的電壓降反(fǎn)🙇‍♀️映到電源正(zheng)線上則被三(san)端穩壓器R阻(zǔ)擋,前置放大(dà)器地線回路(lu)的電阻比電(diàn)💰阻r小很多㊙️，由(yóu)于電阻r的分(fen)壓作用,渦街(jiē)流量計的前(qián)置放大級器(qì)地線中隻有(you)很小的地線(xian)電💚流。壓電晶(jīng)體的有效🔅信(xin)号經放🍓大後(hou),由光隔離器(qi)件隔離輸出(chu)，采用這種辦(bàn)法地線電流(liú)的幹🤩擾至少(shǎo)可以降低一(yī)個數量級。
　　可(ke)以看出,使用(yong)光隔離限流(liu)抗幹擾時爲(wèi)了使電源電(diàn)壓🔅有足夠⭐的(de)餘量以阻擋(dǎng)跨步電壓,信(xin)号放大器的(de)地線與壓電(diàn)晶體的地線(xian)之間必須很(hen)好連接,才🐉能(néng)保證前置放(fang)‼️大器地線回(hui)路電阻極小(xiao)。同時直流☁️電(dian)源電壓的.選(xuǎn)擇應符合下(xià)式✏️:
V1-V2-VR≥V2ƒ
　　式中:V1爲電(diàn)源電壓;V2爲放(fang)大器用的電(diàn)壓;VR爲三端穩(wěn)壓器VR的最低(dī)電📧壓;V2ƒ爲電阻(zǔ)r兩端交流電(dian)壓雙峰值。
　　機(jī)械振動對渦(wō)街流量計的(de)幹擾更爲普(pǔ)遍，抗機械振(zhèn)🥵動🙇🏻千擾的措(cuo)施還要從渦(wō)街流量計的(de)基本原理人(ren)手。
　　渦街流量(liàng)計的敏感元(yuán)件即壓電晶(jīng)體,封裝在阻(zu)流體或♍稱旋(xuan)📧渦🚩發生體内(nèi)，流體流經阻(zu)流體時,阻流(liú)體兩側交替(tì)産生旋渦，旋(xuan)渦的脈動壓(ya)力作用于壓(ya)電晶體，使其(qí)産生與旋渦(wō)頻率或測量(liàng)流量對應的(de)信号電壓,經(jīng)♉放大、觸發✉️等(děng)信号處理後(hòu)轉換成脈沖(chong)信号輸出。同(tong)時,管道的機(jī)械振動也同(tóng)樣作用于壓(yā)電晶體,使其(qí)産㊙️生對應于(yu)振動頻率的(de)信号,這個振(zhèn)動幹擾信号(hao)與流量測量(liang)有效信号無(wu)法分開。隻有(you)當有👅效信号(hào)幅值超過幹(gàn)擾信号幅值(zhi)時,才能由門(mén)限✌️取出有效(xiào)信号。機械振(zhèn)☎️動幹擾信号(hào)的最大幅🔅值(zhi)就成爲被測(ce)流量的信号(hao)幅值下限,即(jí)量程下限。
　　爲(wei)了使渦街流(liu)量計盡可能(néng)測量低流速(su)、小流量,必須(xū)提高💛信❗噪比(bi)，即盡量提高(gao)有效流量信(xin)号的幅值而(ér)降👅低機械振(zhen)❌動幹擾信号(hao)的幅值。改進(jin)阻流體的結(jié)構形狀,使傳(chuán)感器能更好(hǎo)地接收旋🈲渦(wo)的脈動壓力(lì),可使有效信(xin)号幅值提高(gao)。但更有效的(de)❤️辦法是在☔旋(xuan)渦發生體的(de)兩側封裝對(dui)應的兩塊壓(yā)電晶體,即💞采(cai)用差動壓電(dian)傳感器和差(chà)動放大電路(lù)(見圖3)。由于機(ji)械振動對2塊(kuai)壓電晶體的(de)作用力是--緻(zhi)的,而流體旋(xuán)🥵渦在阻流體(tǐ)兩側是交替(ti)産生的,通過(guò)差動放大後(hòu),2塊壓電晶體(tǐ)相同的機械(xiè)振動信号相(xiang)互抵消削減(jian),2塊壓電晶體(ti)相反的流量(liàng)信号相加後(hòu)💰增強。于是🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,大(dà)大降低了💜機(jī)械振動信号(hào)🏃的幹擾。
 
4結束(shù)語
　　電磁于擾(rao)和機械振動(dòng)幹擾是渦街(jie)流量計的重(zhong)要♊幹擾因素(su),限🤩制了量程(chéng)下降,影響渦(wō)街流量計在(zài)低流速、小流(liú)量測量中的(de)使用。通過在(zài)電路上設計(ji)采用光隔離(lí)限流抗幹擾(rao)措施,可以有(you)效解決地線(xian)電流的幹擾(rao)，解決抗電📐磁(cí)幹擾的✏️主要(yao)問題;結構設(shè)計上采用雙(shuang)壓電晶體的(de)差動壓電傳(chuan)感器和差動(dong)放‼️大電路可(ke)消除機械振(zhen)動的幹💁擾。以(yi)上兩種抗幹(gàn)擾措施共同(tóng)采用的結果(guǒ),可以将渦街(jiē)流量計的量(liàng)程下限擴展(zhan)至原量程下(xia)限的1/2~1/3。

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